Домішкова провідність напівпровідників

У напівпровідниках, що містять домішку, електропровідність складається із власної й домішкової.

Провідність, викликана присутністю в кристалі напівпровідника домішок з атомів з іншою валентністю називається домішковою. Домішки, що викликають у напівпровіднику збільшення вільних електронів, називаються донорними, а викликаючи збільшення дірок - акцепторними.

 

 

Різна дія домішкових атомів пояснюється в такий спосіб. Припустимо, що в кристал германія (Ge⁴⁴) атоми якого мають 4 валентних електрона, уведено п'ятивалентний миш'як As⁵⁺. У цьому випадку атоми миш'яку своїми 4-я з п'яти валентних електронів вступають у зв'язок. 5-й валентний електрон миш'яку виявиться не зв'язаним, тобто стає вільним електроном. Напівпровідник, електропровідність яких підвищилася завдяки утвору надлишку вільних електронів при введенні домішки, називаються напівпровідниками з електронною провідністю (напівпровідник n- типу), а домішка донорною (, що віддає електрон).

 

 

Уведення в 4-х валентний напівпровідник 3-х валентного елемента, наприклад (In³⁺) індію приводить, навпаки, до надлишку дірок над вільними електронами. У цьому випадку ковалентні зв'язки не будуть повністю завершені дірки, що утворюються, можуть переміщатися по кристалу, створюючи діркову провідність. Напівпровідники, електропровідність яких обумовлена в основному рухом дірок, називається напівпровідниками з дірковою провідністю або напівпровідниками р- типу, а домішка - акцепторною (захоплюючі електрон з ковалентного зв'язку або з валентної зони). Енергетичні рівні цих домішок називаються акцепторними рівнями - розташовані над валентною зоною.

Енергетичні рівні донорних домішок називаються донорними рівнями - розташовані під нижнім рівнем зони провідності.

У домішкови х напівпровідниках носії заряду бувають основними (електрони в провіднику n- типу) і не основними (дірки в напівпровіднику р- типу, електрони в напівпровіднику n- типу).

Наявність домішкових рівнів у напівпровідниках суттєво змінює положення рівня Ферми Е _F. У напівпровіднику n- типу при Т = 0 К Е _F розташований посередині між дном зони провідності й донорним рівнем. Зі зростанням Т усе більше число електронів переходить із донорного рівня в зону провідності, але через теплове порушення частина електронів з валентної зони переходить у зону провідності. Тому зі зростанням Т рівень Ферми зміщається вниз до середини забороненої зони.

На рисунку на енергетичній діаграмі (по Ш.Я. Коровському) показані донорні й акцепторнірівні різних домішок у германії й кремнії.

 

У напівпровідників р- типу при Т = 0 К, Е _F посередині між акцепторним рівнем і стелею валентної зони. Зі зростанням Т Е _F зміщається до середини забороненої зони.

Залежність провідності напівпровідників від температури має вигляд, показаний на малюнку (докладніше дивиться лабораторну роботу 8.6.).

Гіпермаркет Знань>>Фізика і астрономія>>Фізика 9 клас>> Струм у напівпровідниках. Електропровідність напівпровідників. Залежність струму в напівпровідниках від температури. Термістори