§2. Примесная проводимость полупроводников.

Ничтожное количество (0,001%) примеси другого вещества может очень сильно уменьшить сопротивление полупроводника.

Примеси могут быть двух типов.

1 . Донорная примесь. Элемент V группы вносится в образец IV группы, например, мышьяк (As) в германий. Атомы примеси встраиваются в решетку германия, но пятый валентный электрон мышьяка не используется в образовании ковалентной связи и легко отрывается от атома. Таким образом, каждый атом донорной примеси отдает один электрон, который становится свободным. Дырок (вакантных мест) при этом не образуется.

Такой полупроводник называют полупроводником n-типа («n» – от слова «negative»). Электроны в нем являются основными носителями тока, дырки – неосновными (они образуются при разрыве ковалентных связей атомов германия).

Концентрация основных носителей равна концентрации примеси и во много раз превышает концентрацию неосновных носителей.

2 . Акцепторная примесь. Элемент III группы вносится в образец IV группы, например, индий (In) в германий. В местах встраивания атомов трехвалентного индия в решетку германия для образования парноэлектронных связей не хватает по одному электрону, т.е. в этих узлах имеются вакансии. Недостающие электроны захватываются из соседних узлов, где образуются положительные дырки.

Такой полупроводник называют полупроводником р-типа. Дырки в нем являются основными носителями тока, электроны – неосновными.

В примесных полупроводниках обоих типов концентрация носителей тока в довольно широком диапазоне температур остается практически неизменной (равной концентрации примеси) – это область примесной проводимости, электронной или дырочной; в этой области собственная проводимость очень мала. Но при достаточно высоких температурах собственная проводимость начинает доминировать, т.к. вероятность разрыва ковалентных связей возрастает с ростом температуры по экспоненциальному закону – это область собственной проводимости, в которой число носителей тока, электронов и дырок, растет с ростом Т.

В области примесной проводимости сопротивление растет с ростом температуры, как и у металлов (из-за уменьшения времени свободного пробега носителей); в области собственной проводимости – падает с ростом Т.

Графики зависимости концентрации носителей и сопротивления от Т.

§3. Контактные явления в металлах и полупроводниках

1. Контактная разность потенциалов.

При контакте двух разных металлов, а также двух полупроводников или металла и полупроводника, между ними возникает разность потенциалов от 0,1 В до нескольких вольт.

Это явление открыл в 1797 г. А. Вольта. В результате экспериментов он расположил металлы в следующий ряд:

Al-Zn-Sn-Pb-sb-Bi-Hg-Fe-Cu-Ag-Au-Pt-Pd

Чем дальше друг от друга металлы в этом ряду, тем больше контактная разность потенциалов между ними. С ростом температуры растет.

Н а границе двух различных металлов или полупроводников образуется двойной электрический слой. Это связано с различием концентраций и тепловых скоростей носителей тока в разных металлах и полупроводниках, что приводит к диффузии носителей через контакт. Толщина этого слоя 10^-8 – 10^-6 м. В этом тонком слое и просходит скачок потенциала. сильно меняется даже при ничтожных загрязнениях поверхностей и их окислении.

Если несколько проводников/полупроводников соединить последовательно, то разность потенциалов на концах этой цепочки не зависит от промежуточных проводников и определяется двумя крайними проводниками. В самом деле, сумма скачков потенциала в цепи, допустим, четырех проводников равна .

Отсюда следует, что в замкнутой цепи проводников, находящихся при одной и той же температуре, сумма контактных скачков потенциала равна нулю.