Примесный полупроводник

Примесный полупроводник

При рассмотрении собственного полупроводника предполагалось, что его кристаллическая структура идеальна, то есть атомы располагаются точно в узлах пространственной решетки. Зонная теория твёрдого тела показывает, что всякое нарушение периодического потенциала решетки кристалла приводит к возникновению локальных энергетических уровней в запрещенной зоне. Таким нарушением кристаллической структуры могут быть атомы примесей, вакансии, дислокации и др.

Полупроводниковые материалы любой степени очистки всегда содержат атомы примеси, которые создают собственные энергетические уровни, получившие название примесных уровней. Они могут располагаться как в разрешенных, так и в запрещенных зонах. Во многих случаях примеси вводят специально, для придания полупроводнику необходимых свойств.

Пусть в кристалле кремния один атом полупроводника замещён атомом примеси V-ой

Атом мышьяка имеет пять валентных электронов. Четыре из них образуют прочные ковалентные связи с четырьмя ближайшими атомами кремния. Связь пятого валентного электрона с атомом мышьяка существенно ослабляется из-за влияния окружающих атомов кремния. Это приводит к уменьшению энергии, необходимой для отрыва валентного электрона от атома фосфора примерно в 1/eраз (e — диэлектрическая проницаемость полупроводника). На зонной диаграмме энергетический уровень этого электрона располагается вблизи дна зоны проводимости и называется донорным уровнем ED(рис.4 б). Для ионизации атома мышьяка теперь требуется энергия, равная DED= ЕCED, по порядку величины составляющая сотые доли электрон-вольт. Эта энергия сравнима с величиной средней тепловой энергии решетки при комнатной температуре кТ=0,025 эВ. Поэтому под действием тепловых колебаний решетки электрон может перейти с донорного уровня в зону проводимости, создавая примесную электронную проводимость.

Атомы примеси 3 группы периодической таблицы, например бор, создают на зонной диаграмме акцепторные энергетические уровни ЕA, расположенные вблизи потолка валентной зоны (рис. 4 в). Величина энергии ионизации акцепторной примеси DЕA= ЕAEVтакже составляет сотые доли электрон-вольт, поэтому электроны из валентной зоны могут переходить на акцепторные уровни под действием тепловой ионизации (рис.4 г). Это приводит к образованию свободных дырок в валентной зоны и примесной проводимости.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector