Контрольная работа: Основы материаловедения

Полупроводники, в которых свободные электроны и "дырки" появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью. В полупроводниках с собственной проводимостью концентрация свободных электронов равняется концентрации "дырок". Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. Это обуславливает переход электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешел электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение позитивно заряженного атома без перемещения самого атома. Этот процесс назвали "дыркой".

Примесная проводимость.

Электрическая проводимость, обусловленная присутствием примесей в полупроводнике, называется прмесной.

Примесной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная электронами, которые перешли в зону проводимости с донорных уровней Ed, расположенных вблизи Ec, и дырками, которые образовались в валентной зоне при переходе электронов на акцепторные уровни Ea, расположенные вблизи Ev (рис. 1а, 1б).

Примесный полупроводник n-типа.

Т<Ed/K

Рис. 1а

Примесный полупроводник p-типа.

Т<Ea/K

Рис. 1б

Обычно донорные и акцепторные уровни в запрещенной зоне полупроводника образуются при легировании, т.е. введением определенной примеси в собственный полупроводник. Таким образом можно сказать, что примесная проводимость обусловлена ионизацией атомов примеси в полупроводнике.

В полупроводниках IV группы таблицы Менделеева (Ge, Si) донорные уровни вблизи Ec образуют элементы V группы (Sb, As), а акцепторные уровни вблизи Ev - элементы III группы (In, Ga).Величина примесной проводимости:

sпр = e(mnn + mpp),

где n - концентрация электронов с доноров в зоне проводимости;

p - концентрация дырок с акцепторов в валентной зоне;

mn; mp - подвижности электронов и дырок, соответственно.

Если примесная проводимость обусловлена в основном электронами с донорных уровней (mnn >> mpp), т.е. электроны являются основными носителями заряда, то говорят об электронной проводимости полупроводников, или полупроводниках n-типа; если же преобладает проводимость, обусловленная дырками, образовавшимися вследствие ухода электронов на акцепторные уровни (mpp >> mnn), то говорят о дырочной проводимости, или полупроводниках p-типа, где основными носителями заряда являются дырки. Если в полупроводниках n-типа (p-типа) глубина примесного уровня Ed (или Ea) в данной области температура Т меньше, чем kT (k - постоянная Больцмана), то практически все доноры полностью ионизированы (или акцепторы заполнены электронами) (см. рис. 2а, 2б).

Примесный полупроводник n-типа.

Т>Ed/K

рис. 2а

Примесный полупроводник p-типа.

рис. 2б

Если в этой области температура и собственная проводимость мала, т.е. Nd или Na >> ni = pi (Nd - концентрация доноров, Na - концентрация акцепторов ni, pi - концентрации собственных носителей), то концентрация основных носителей заряда равна примерно концентрации донорной (или акцепторной) примесей:

n@Nd (в полупроводнике n-типа);

n@Na (в полупроводнике p-типа);