2 Полупроводники

2.1 Основные понятия

Обычно к полупроводникам относятся вещества, которые при комнатной температуре имеют удельное электрическое сопротивление в пределах от Вещества со значительно меньшим сопротивлением ( ) причисляют к проводникам, а со значительно большим ( ) сопротивлением – к диэлектрикам.

В отличие от чистых металлов сопротивление чистых полупроводников сильно зависит от температуры и, кроме того, с ростом температуры уменьшается.

При добавлении примеси в чистый металл удельное сопротивление образующего сплав (нихрома, манганина и т.п.) больше удельного сопротивления каждого из компонентов, тогда как при добавлении примеси в чистый полупроводник его удельное сопротивление сильно уменьшается: например, 10 % мышьяка в германии снижает сопротивление в 200 раз.

В дальнейшем будут рассматриваться главным образом кремний и германий – основные материалы, используемые в современной технике.

2.2. Виды проводимости полупроводников.

Проводимость собственного полупроводника, обусловленную парными носителями теплового происхождения, называют собственной.

Проводимость, обусловленную наличием примесных атомов, нарушающих структуру кристаллической решетки, называют примесной. Заметим, что слово примесь не всегда следует понимать буквально. В ряде случаев такие же последствия, как наличие примесных атомов, могут вызвать различные дефекты решетки: избыток одного из основных компонентов вещества (например, кислорода в закиси меди), смещение узлов решетки и др. Поэтому более точен общий термин – дефектная проводимость.

Свободные электроны примесного происхождения добавляются к свободным электронам, порожденным термогенерацией, поэтому проводимость полупроводника делается преимущественно электронной. Такие полупроводники называются электронными или типа – n. Примеси, обуславливающие электронную проводимость, называются донорными. Донорами по отношению к кремнию и германию могут быть сурьма, мышьяк и некоторые другие элементы.

Однако если ввести в кремний атом трехвалентного бора, результат будет иным. Электрон, отобранный из основной решетки, превращает атом бора в неподвижный отрицательный ион. На том месте, откуда пришел электрон, образуется свободная дырка, которая добавляется к собственным дыркам, порожденным термогенерацией. Такие полупроводники (с преимущественно дырочной проводимостью) называются дырочными или типа – p.

2.3 Электронно–дырочный переход

Граница между соседними областями полупроводника, одна из которых обладает проводимостью n – типа, а другая p – типа, называется электронно–дырочным переходом. Наиболее широко применяются плоскостные (рисунок 4,а) и точечные р – n переходы (рисунок 4,б).

а) плоскостные б) точечные

Рисунок 4

По способу изготовления плоскостные р – n переходы делятся на выращенные, сплавные и диффузионные. При формовке точечного р – n перехода через точечный контакт острия (диаметром 10 – 20 мкм) металлической пружины с полупроводником основной массы кристалла n–типа пропускает в течении долей секунды импульс тока сравнительно большой мощности благодаря диффузии примеси из острия пружины в полупроводник.