Параметри домішкових напівпровідників

Крім перерахованих домішкові напівпровідники мають наступні параметри.

1. Тип провідності р або п (див. рис. 2.4).

2. Концентрація донорів N_Д або акцепторів N_А - число домішкових атомів в одиниці об'єму речовини.

 

3. Енергія іонізації домішки E_Д, E_А - енергія, відлічувана
від стелі валентної зони для акцепторного напівпровідника або від дна
зони провідності для донорного напівпровідника (див. рис. 2.4), тобто це
енергія, необхідна для відриву домішкового електрона від донорно-акпепторного зв'язку.

4. Концентрація вільних електронів п або дірок р – кількість вільних електронів або дірок в одиниці об'єму речовини. Температурна залежність концентрації вільних носіїв заряду в домішковому
напівпровіднику більше складна, чим у власному (рис. 2.6).

 

 

 

Це пов'язане з механізмом переносу носіїв заряду. При 0 К всі домішкові електрони перебувають на домішковому рівні з енергією E_Д, авласні електрони - у валентній зоні.

При додатку електричного поля струм у такому напівпровіднику не протікає, тому що відсутні носії заряду. При підвищенні температури першими відриваються й переходять у зону провідності домішкові електрони, дірок при цьому не утвориться. На цьому етапі електрична провідність обумовлена тільки домішковими електронами (рис. 2.6, ділянка 1):

 

(2.18)

При подальшому підвищенні температури всі домішкові електрони виявляються вільними й домішка "виснажується" (рис. 2.6, ділянка 2). У цьому випадку концентрація вільних електронів приблизно дорівнює концентрації донорів:

n» N_D, (2.19)

 

Якщо температура висока, збуджуються власні електрони, при цьому утворяться й електрони, і дірки, тобто напівпровідник стає власним (рис. 2.6, ділянка 3). У цьому випадку концентрація вільних носіїв заряду визначається (2.13).

5. Питома електрична провідність у донорному напівпровіднику на ділянці домішкової провідності обумовлена тільки електронами (див. рис.2.6, ділянка I):

σ_п = епμ_п,

 

або з обліком (2.11) і (2.18)

 

(2.20)

 

Тому на першій ділянці нахил прямій пропорційний E_D/2k.

На ділянці 2 згідно (2.19) концентрація носіїв заряду не залежить від температури, тому електрична провідність буде визначатися тільки залежністю рухливості від температури. При високих температурах носії заряду розсіюються на теплових коливаннях кристалічної решітки й справедливе співвідношення (2.11), тобто

 

(2.21)

 

Іншими словами, електрична провідність із підвищенням температури зменшується (рис. 2.7, ділянка 2б).

При низьких температурах розсіювання носіїв заряду відбувається на іонізованих домішках. При цьому

. (2.22)

 

З обліком цього

(2.23)

т. е. електрична провідність напівпровідника з підвищенням температури зростає (рис. 2.7, ділянка 2а). При високих температурах спостерігається власна електрична провідність і справедливе співвідношення (2.17) (рис. 2.7, ділянка 3).

 

Контрольні питання