Примесные полупроводники

Примесный - полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями.

Большинство полупроводниковых (п/п) приборов изготовляют на основе примесных полупроводников . Таким образом в рабочем диапазоне температур полупроводникового прибора поставщиками основного количества носителей заряда в полупроводниковом материале должны быть примеси. Поэтому в практике важное значение имеют п/п материалы, у которых ощутимая собственная концентрация носителей заряда появляется при возможно более высокой температуре, т.е. полупроводники с достаточно большой шириной запрещенной зоны.

В элементарных полупроводниках (состоящих в основном из атомов одного химического элемента) примесями являются чужеродные атомы.

В п/п соединениях (состоящих из атомов двух или большего числа химических элементов) примесями могут быть и избыточные по отношению к стехиометрическому составу атомы химических элементов, входящие в химическую формулу сложного п/п соединения.

Такую же роль, как и примеси могут играть различные дефекты кристаллической решётки: пустые узлы, дислокации или сдвиги, возникающие при пластической деформации.

Атомы примесей в полупроводниках создают дополнительные энергетические уровни в пределах запрещённой зоны полупроводника. При небольшой концентрации примесей их атомы расположены в полупроводнике на таких больших расстояниях друг от друга, что не взаимодействуют между собой. Поэтому нет расщепления примесных уровней и вероятность непосредственного перехода электронов от одного примесного атома к другому ничтожно мала, т.е. с точки зрения зонной теории ничтожно мала вероятность перехода электрона с одного дискретного примесного уровня на другой.

При достаточной концентрации примесей в результате взаимодействия примесных атомов между собой примесные уровни одного типа расщепляются в энергетическую примесную зону. Примеси могут либо поставлять электроны в зону проводимости полупроводника, либо принимать их с уровней его валентной зоны.

Примеси могут быть донорного и акцепторного типа.

Донор (т.е. отдающий электрон) - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещенной зоне вблизи "дна" зоны проводимости энергетический уровень, занятый в невозбуждённом состоянии электроном и способный в возбуждённом состоянии при тепловом возбуждении отдать электрон в зону проводимости.

Акцептор (т.е. присоединяющий электрон) - это примесный атом или дефект кристаллической решётки, создающий в запрещённой зоне вблизи "потолка" валентной зоны энергетический уровень, свободный от электрона в невозбуждённом состоянии и способный захватить электрон из валентной зоны благодаря тепловому возбуждению.

Доноры и акцепторы в полупроводнике могут быть ионизированы под действием энергии, поступающей в кристалл в виде квантов света, теплоты и т.д.

Под энергией ионизации донора понимают минимальную энергию, которую надо сообщить электрону, находящемуся на донорном уровне, чтобы перевести его в зону проводимости (см. рис.39).

Энергия ионизации акцептора - это минимальная энергия, которую необходимо сообщить электрону валентной зоны, чтобы перевести его на акцепторный уровень.