4. Носители зарядов примесных металлов

Если ввести в чистый п/п примесь, то может быть создан проводник либо с дырочной, либо с электронной проводимостью. Примесь предназначена для увеличения проводимости. Различают п/п : р-типа (дырочные) и n–типа(электронные).

n–типа(электронные)

Д ля получения такого проводника в него вносят примесь, которая создает в кристалле проводника только свободные е. Вводимую примесь называют донорной. Для Ge и Si донорные примеси 5 группы, такие как сурьма Sb или фосфор P.

Атомы примеси замещают атомы п/п. 4 атома е участвуют в ковалентных связях, а 5 избыточный е, слабее связан со своим атомом. Тогда энергии фонона оказывается достаточной, чтобы избыточный е был свободным, то атом примеси превращается в положительный ион, т.е произойдет ионизация атомов примеси.

Э нерг. диаграмма введенной примеси выглядит:

ΔWд – энергия донорной примеси от-но небольшой по сравнению с шириной запрещенной зоны. И в зависимости от типа проводника наход в зоне 0,01….0,07 эВ – энергия активации или ионизации. При 0 Т ионизация не имеет места. Все е, кот. наход . на донорном уровне участвуют в создании тока. Вывод: в примесных п/п концентрация е в зоне проводимости опред. преимущественно концентрацией введенной примеси, а не собственными е валентной зоны. Концентрация е в n–типа существенно выше концентрации дырок в рез-те перехода в зону проводимости.

Ток в основном создается е в проводниках n–типа, е- основные носители заряда, дырки неосновные носители.

р -типа введение примеси направлено на увеличение концентрации дырок, для этого использ. элементы 3 группы: алюминий, бор, галлий. При введении такой примеси каждый атом образует только 3 заполнен. ковал. связи. 4 связь остается незаполненной.

Недостающий валентный е может перейти от 1 атома соседней кристалл. решетки, но переход е приводит к образованию дырки соседнего атома и превращает атом примеси в отрицательный неподвижный ион. Атомы примеси принимающ. е – акцепторные, а примесь – акцепторная. За счет этой примеси увел. кол-во дырок в п/п. Пока число дырок = числу отриц. ионов, то заряд нейтрален. Дырки – основные носители заряда, е – не основные носители.

В примесных п/п концентрация основных носителей создается за счет внесении примеси, а не основных – за счет термогенерация, которая связана с переходом е из валентной зоны в зону проводимости. Необходимо примесь вносить в таком кол-ве, при котором концентрация основных носителей на 2-3 порядка превышала концентрации неосновных. Удельная проводимость примесного п/п выше по сравнению с чистым в 10 и 100 раз. Произведение концент. основных и неосновных зарядов при данной Т явл. постоянной величиной.

Если повышать Т примесного п/п может оказаться, что эл.проводимость будет опред. не концентрацией внесен. примеси, а концентрацией собств. носителей зарядов.

5. Время жизни носителей зарядов.

Процесс рекомбинации примесных п/п влияет на время жизни носителей зарядов, время жизни определяет быстродействие п/п приборов.

Дан п/п-к п-типа, с помощью внешнего воздействия – облучения световым потоком, этот поток создает концентрацию дырок и концентрацию е:

В нешнее воздействие закончилось, и идет процесс уменьшения концентрации до равновесного. Спад начальной концентрации дырок подчиняется exp закону:

Основную роль в рекомбинации зарядов явл. центры рекомбинации – ловушки – они способны захватывать е. Для время жизни носителей зарядов в примесный п/п вводят в небольшом кол-ве золото или никель, кот. создают более эффективные центры рекомбинации.