Опорный конспект темы «Понятие об электронной проводимости»

1. Легирующие примеси.

Очень часто требуются полупроводниковые мате­риалы исключительно с электропроводностью п или р-типа. Такие полупроводники нужны, например, для создания полупроводниковых выпрямителей. Это дости­гается внесением в тщательно очищенный полупровод­ник соответствующей легирующей примеси.

Л егирующие примеси, атомы которых снабжают полупроводник свободными электронами, называют донорными, или донорами. Атомы примесей, имеющие меньшую валентность, чем атомы по­лупроводника, обладают способностью присоединять к себе электроны. Такие примеси называют акцепторными, или акцепторами.

Чтобы получить полупроводник, обладающий только электронной электропроводностью, в него вводят вещество, состоящее из атомов, валентность которых на единицу больше валентности атомов основного полупроводника. Так, в германий Ge, состоящий из четырех валентных атомов, вводят донорную примесь — сурьму Sb или фосфор Р, состоящую из пятивалентных атомов (рис.25). Четыре электрона каждого из атомов введенной примеси устанавливают четыре ковалентные (парные) связи с соответствующими атомами основного полупроводника, пятый электрон остается без такой связи.

Следовательно, этот электрон может быть легко переведен в свободное состояние и под действием приложенного напряжения принять участие в образовании электронного тока в полупроводнике (рис. 26).

На рисунке видно, что ос­новными носителями тока являются электроны, состав­ляющие примесную электро­проводность. Две дырки и соответствующие им два электрона получены в ре­зультате ионизации атомов германия. Эти носители тока обусловливают собственную электропроводность полупроводника.

Общий ток в полу­проводнике равен сумме электронного и дырочного токов, но электронный ток во много раз больше дырочного.

1. Добавление примесей в полупроводниковые материалы.

Если же в германий ввести какую-либо акцепторную примесь, например бор В, то каждый из атомов примеси установит три ковалентные связи с соседними атомами германия. Но так как у бора всего три валентных электрона, то он может установить связи только с тремя ближайшими атомами германия. Для связи с четвертым атомом германия у атома бора нет электрона. Таким образом, у нескольких атомов германия будет по одному электрону без ковалентной связи. Достаточно теперь небольших внешних энергетических воздействии, чтобы эти электроны покинули свои места, образовав дырки у атомов германия (рис. 27). Освободившиеся электроны (2, 4 и 6) атомов германия присоединятся теперь к ато­мам бора и поэтому они не могут создать ток в полупро­воднике. Образовавшиеся же дырки 1, 3 и 5 у атомов германия позволяют перейти на них электронам из со­седних атомов, где, в свою очередь, возникнут новые дырки.

Т аким образом, каждая возникшая положительно заряженная дырка будет переходить от одного атома германия к другому, от него к следующему и т. д. Под действием приложенного напряжения это движение ды­рок упорядочится, т. е. в полупроводнике возникнет при­месный дырочный ток. Кроме того, в полупроводнике будет еще небольшое количество пар свободных элек­тронов и дырок от атомов германия. Следовательно, наряду с примесной электропроводностью в полупровод­нике будет небольшая собственная электропроводность.

В еличина общего тока в полупроводнике по-прежнему будет равна сумме электронного и ды­рочного токов. Но дыроч­ный ток будет значитель­но больше электронного. На рис. 28 показана схе­ма движения дырок и электронов в полупроводнике с акцепторной примесью. Из рисунка видно, что положительно заряженных ча­стиц (дырок) значительно больше, чем электронов. Рас­смотренные примеры показывают, что примеси значи­тельно увеличивают электропроводность полупроводни­ков.

Под действием приложенного напряжения электроны и дырки при перемещении в полупроводнике встречают различного рода препятствия. При этом они теряют часть энергии и отклоняются от своего пути, т. е. проис­ходит рассеяние носителей тока. Оно вызвано главным образом различными загрязняющими примесями. Чем чище полупроводник, тем меньше рассеяние носителей тока и тем выше подвижность электронов и дырок, а следовательно, тем большей проводимостью у обладает полупроводник.