Типы проводимости полупроводника

По своей способности проводить электрический ток, полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. Такими факторами могут быть, например, температура или количество примесей.

При сообщении энергии (повышении температуры, освещенности и т.п.) атомам полупроводника в них появляются свободные электроны, которые могут перемещаться под действием внутреннего или внешнего электрического поля. Незаполненная ковалентная связь, оставшаяся на месте ушедшего электрона, создает положительный заряд, называемый дыркой. Электроны и дырки являются носителями заряда в полупроводнике, а проводимость полупроводника, осуществляемая зарядами обоих знаков (свободных электронов и дырок) называется электронно-дырочной или собственной проводимостью. В идеальном кристалле полупроводника концентрации этих носителей заряда совпадают

Один и тот же полупроводник может обладать либо электронной, либо дырочной проводимостью - это зависит от химического состава введенных примесей. Электронная проводимость .

• Добавка в германий примесей, богатых электронами, например мышьяка или сурьмы, позволяет получить полупроводник с электронной проводимостью или полупроводник n. Один из валентных электронов мышьяка не участвует в связях с другими атомами. При повышении температуры электрон может быть оторван от атома и тем самым создает электронную проводимость.

Примеси, создающие такую электропроводимсть, называют донорнями.

• Дырочная проводимостьДобавка в тот же германий алюминия, галлия или индия создает в кристалле избыток дырок. Тогда полупроводник будет обладать дырочной проводимостью - полупроводник p - типа. Дырочная примесная электропроводимость создется атомами имеющими меньшее количество валентных электронов, чем основные атомы. Рассмотрим электронные связи германия с примесью бора. При 0 К все связи укомплектованны, только у бора не хватает одной связи. Однако при повышении температуры бор может насытить свои связи за счет электронов соседних атомов.Подобные примеси назыв акцепторными.

Примесная проводимость полупроводника р-п-переход

В качестве исходн м-ла для изготовления полупроводн.приборов используются элементы IV группы табл Менделеева — кремний(Si) и германий(Ge).Изменение проводящих с-тв полупроводн кристалла возможно путем изменения его кристаллической структуры при введении в нее примесей из в-в соседних III и V групп табл.Менделеева.

П ри введении в полупроводник атомов III группы (бора, алюминия, индия) валентные е- примеси вступают в ковалентную связь с е- полупроводника, не образуя четвертой ковалентной связи. в объеме полупроводн создается избыточный положит заряд, величина которого зависит от концентрации соответствующей примеси.

При этом концентрация дырок выше концентрации свободных электронов. Полученный полупроводник называется полупроводником р-типа, характеризуется дырочной проводимостью. Примеси, вызываемые дырочную проводимость, называют акцепторными.

П ри введении в полупроводник атомов V группы (фосфора, мышьяка, сурьмы) валентные е- примеси вступают в ковалентную связь с е-полупроводника, образуя четыре ковалентные связи и свободный е-.в объеме полупров создается избыточный отриц заряд, величина которого зависит от концентрации соответствующей примеси. При этом концентрация свободных электронов выше концентрации дырок. Полученный полупроводник называется полупроводником п-типа. Полупроводник с примесями V группы характеризуется электронной проводимостью. Примеси, вызываемые электронную проводимость, называют донорными.

Электроны в п-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике называются основными носителями заряда. Полупр, обладающ примесной проводим 1го типа, пропускает ток в любом направлении.

Электронно-дырочный переход. полупроводникового материала, образованного путем идеального контакта двух полупроводников разного типа проводимости. Это достигается путем сплавления двух кристаллов или легирования кристалла одного типа примесью другого типа проводимости. В результате в месте контакта образуется значительная разность концентраций основных носителей, поэтому через границу перехода начнется их миграция: электроны устремляются в р-область, дырки — в п-область.

Контактная область между двумя полупроводниками разных типов проводимости называется электронно-дырочным переходом или р-п-переходом.

П осле перемещения основных носителей в область с противоположным типом проводимости на границе контакта образуется двойной слой неосновных носителей заряда: в р-области — электронов, в п-области — дырок

Эти слои образуют электрическое поле, напряженность которого направлена из п-области в р-область. Это поле называют внутренним полем р-п-перехода. Под действием этого поля приконтактная область оказывается обедненной основными носителями, в ней образуется запирающий слой.

При отсутствии внешн. эл. поля через р-п-переход протекают два противоположных тока: ток основных носителей (диффузный ток вследствие теплового движения носителей и разности концентраций носителей), а также ток неосновных носителей (ток проводимости, возникающ под действием контактного поля перехода). Если к переходу приложить внешн. эл. поле, то процессы в переходе изменятся.

При подключении источника плюсом к р-области и минусом к п-области направление внешн поля противоположно направлению внутр поля перехода. При этом ширина запирающего слоя уменьшается, а потенциальный барьер для основных носителей заряда понижается. Ток основных носителей через переход (прямой ток) резко увеличивается. Основной ток через переход обусловливается основными зарядами, при этом обратный ток, создаваемый неосновными носителями, крайне незначителен. Такое включение р-п-перехода называется прямым

При подключении источника плюсом к п-области и минусом к р-области направление внешнего поля совпадает с направлением внутреннего поля перехода. При этом возрастает ширина запирающего слоя и повышается потенциальный барьер для основных носителей заряда. Ток основных носителей через переход резко уменьшается. При определенной величине внешнего поля перемещение основных носителей через переход прекращается, а ток через переход обусловливается только неосновными зарядами. В этом случае основной ток создается только неосновными носителями и называется обратным током, а включение р-п-перехода называется обратным

Таким образом, величина и направление тока через р-п-переход зависит от величины и направления приложенного напряжения. Это обусловливает вентильные свойства р-п-перехода, которые далее позволят использовать его для выпрямления переменного тока.