2 курс 1 часть / электроника / лекции / Электроника УрТИСИ +

Донорный полупроводник

Донорная примесь При введении в кристаллическую

Si

−

Si

P

Si

-

Si

структуру 4-х валентного кремния атома пятивалентного элемента (например фосфора), четыре из пяти валентных электронов вступят в связь с четырьмя соседними атомами кремния.

Пятый электрон примесного атома будет в данном случае избыточным.

Он окажется очень слабо связанным со своим

атомом.

38

Поэтому даже при воздействии

малой дополнительной энергии

электрон покидает атом и

становится свободным

Si

носителем заряда.

Таким образом, введение в

структуру кремния атома

Si

P

Si

фосфора привело к

-

образованию в зоне

проводимости свободного

Si

электрона. Причем его

образование не связано с

существованием дырки.

39

Такие примесные полупроводники называются электронными или полупроводниками n-типа. Электропроводность электронных полупроводников определяется свободными электронами, которые здесь являются

основными носителями заряда.

Дырок здесь очень мало, они образуются за счет термогенерации собственных носителей.

В результате оказывается, что количество свободных электронов практически равно количеству ионизированных доноров.

40

Донорный полупроводник

Число атомов примеси должно быть существенно меньше числа атомов основного полупроводника.

Количество атомов составляет N = 1022 . Количество атомов примеси NA,NД ≈ 1013÷1015 , т.е. один атом примеси приходится на 108 атомов основного полупроводника.

41

Si

Si In

Si

Акцепторный полупроводник

При введении в

кристаллическую структуру 4-х валентного кремния атомов трѐхвалентной примеси (например, индий), только три

валентных электрона вступят

в связь с четырьмя соседними атомами кремния.

Четвѐртая связь оказывается незаполненной и она не несѐт заряда, т.е. атом примеси является электрически нейтральным.

42

Si

Si In

Si

При воздействии даже небольшой тепловой энергии электрон кремния может перейти в эту связь.

На внешней оболочке акцептора появляется лишний электрон, т.е. он превращается в отрицательный ион.

Вакантная связь атома кремния несѐт собой уже положительный заряд, являясь дыркой.

43

Электропроводность дырочного полупроводника определяется дырками, которые являются здесь основными носителями заряда и их очень много.

Таким образом, за счѐт введения и активации акцепторной примеси образуется дырочный полупроводник, электропроводность которого определяется дырками.

Такую структуру называют дырочный полупроводник, или полупроводник p – типа.

44

Введение примесей в полупроводник приводит к образованию дополнительных энергетических уровней в запрещѐнной зоне

Е

Е

Свободная

зона

-	-	ЕД
ЕF		Е
		А

Валентная	-	-
зона	-

45

1.2.3 Причины движения носителей заряда

Движение носителей заряда в полупроводниках обусловлено двумя физическими процессами:

диффузией и дрейфом.

Если в полупроводнике носители заряда, электроны и дырки, распределены равномерно, то их концентрацию в этом случае называют равновесной.

46

Если под влиянием внешних факторов нарушается равномерность концентрации, то происходит диффузия – выравнивание концентраций – возникает ток диффузии

J

J

J

e D

n

e D

p

диф

n диф

p диф

n

x

p

x

n

,

р

- градиенты концентраций,

x

x

Dn , Dp - коэффициенты диффузии.

47