Примеси замещения. Ковалентные полупроводниковые соединения

В полупроводниковых соединениях, например А¹¹¹В^V (InSb, GаSb, InАs), обычно примесные атомы замещения II группы (Мg, Zn), имеющие меньшую валентность, являются акцепторами, а примесные атомы VI группы (Sе, Те), обладающие большей валентностью, — донорами. Примесные атомы IV группы в полупроводниковых соединениях А¹¹¹В^V могут быть и донорами и акцепторами, в зависимости от того, какой атом соединения замещается примесным атомом. Если, например, примесный четырехвалентный атом замещает в решетке InАs трехвалентный атом In, то он будет донором, а если пятивалентный атом Аs, то — акцептором. Соотношения между размерами атомов играют большую роль в результатах замещения. Так, например, если примесный атом Рb, имеющий сравнительно большие размеры, замещает в решетке InSb атом In, то он ведет себя как донор, а попадая в решетку АlSb и занимая место атома Sb, он является акцептором. Замещение элементов, входящих в состав полупроводниковых соединений, другими из тех же групп периодической системы (III и V) не вызывает заметного изменения удельной проводимости этих полупроводников.

Примеси замещения. Полупроводники с ионными решетками

К ним относятся сульфиды и оксиды (СdS, PbS, ZnO, Cu₂O). Экспериментальные данные о ионных полупроводниках показывают, что в оксидах и сульфидах большей частью наблюдается следующая закономерность. Если полупроводник может обладать электропроводностью п- и p-типов, как, например, РbS, то избыток серы по отношению к его стехиометрическому составу или примесь кислорода вызывает у него дырочную электропроводность, а избыток металла — электронную. В полупроводниках с одним типом примесной электропроводности увеличение числа дырок в полупроводнике p-типа получается за счет избытка кислорода или серы, а увеличение числа электронов в полупроводнике n-типа — за счет уменьшения числа этих элементов. Из опыта известно, что выдержка Cu₂O (дырочный полупроводник) в печи с кислородной средой ведет к увеличению проводимости, а ZnО (электронный полупроводник) — к ее уменьшению.

Примеси внедрения. Ковалентные структуры типа алмаза

На основе экспериментальных исследований было установлено следующее. При попадании в междоузлие кристаллической решетки германия лития (I группа) он, вопреки правилам валентности, создает донорную примесь. Это обеспечивается за счет ионизации атома Li в среде с большой диэлектрической проницаемостью. В результате образуется ион Li меньших размеров, а освободившийся электрон, оторвавшийся от атома Li, начнет блуждать по кристаллу и создаст электропроводимость n–типа.

Если в междоузлие кристаллической решетки германия внедряется электроотрицательный атом О(VI группа), имеющий небольшие размеры, то благодаря его электроотрицательности он начнет захватывать электроны у атомов германия и создаст электропроводность р–типа.

Если атом Gе или Si под влиянием энергетического воздействия перебрасывается в междоузлие, то образуются два примесных уровня: донорный внедренного атома и акцепторный пустого узла.