2. Електронна домішкова провідність (провідність n-типу)

Домішкова провідність – це провідність, зумовлена домішками (атоми сторонніх елементів, теплові (порожні вузли або атоми в міжвузловині) і механічні (тріщини, дислокації) дефекти).

Напівпровідники п-типу (електронні напівпровідники) – це напівпровідники з домішкою, валентність якої на одиницю більше валентності основних атомів (див. рис. 29.2). В даному випадку, наприклад, при заміщенні атома германію п'ятивалентним атомом миш'яку один електрон не може утворити ковалентного зв'язку, він виявляється зайвим і може бути легким при теплових коливаннях грат відщеплений від атома, тобто стати вільним. Оскільки ковалентний зв'язок в даному випадку не порушується, дірка тут не виникає. Надлишковий позитивний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язується атомом домішки і тому переміщуватись не може. В даному випадку носії струму – електрони; виникає електронна провідність (провідність п-типу).

Рис. 29.2 Рис. 29.3

По зонній теорії: уведення домішки спотворює поле гратки, що призводить до виникнення в забороненій зоні енергетичного рівня D валентних електронів миш'яку, який називається домішковим рівнем. У випадку германію з домішкою миш'яку цей рівень розташовується від дна зони провідності на відстані E_D = 0,013 еВ. E_D < kT, тому вже за звичайних температур енергія теплового руху достатня для перекидання електронів з домішкового рівня в зону провідності. Позитивні заряди, що утворюються при цьому, зв'язуються атомами миш'яку і в провідності не беруть участь. Домішки, що є джерелом електронів, називаються донорами, а енергетичні рівні цих домішок – донорними рівнями.

В напівпровідниках п-типу спостерігається електронний механізм провідності (основні носії струму – електрони).

На відміну від власної провідності, що здійснюється одночасно електронами і дірками, домішкова провідність зумовлена в основному носіями одного знака: у разі донорної домішки – електронами.

3. Діркова домішкова провідність (провідність р-типу)

Напівпровідники р-типу (діркові провідники) – це напівпровідники з домішкою, валентність якої на одиницю менше валентності основних атомів (див. рис.29.3). В даному випадку в гратку кремнію введено атом з трьома валентними електронами, наприклад, бор.

Для утворення зв'язків з чотирма найближчими сусідами у атома бору не вистачає одного електрона, один із зв'язків залишається неукомплектованим і четвертий електрон може бути захоплений від сусіднього атома основної речовини, де відповідно утворюється дірка. Послідовне заповнення дірок, що утворюються, електронами еквівалентно руху дірок в напівпровіднику, тобто дірки не залишаються локалізованими, а переміщаються в гратках як вільні позитивні заряди. Надмірний же негативний заряд, що виникає поблизу атома домішки, зв'язується атомом домішки і по граттках переміщатися не може.

По зонній теорії: введення тривалентної домішки в гратку кремнію призводить до виникнення в забороненій зоні домішкового енергетичного рівня А, не зайнятого електронами. У випадку кремнію з домішкою бору цей рівень розташовується вище за верхній край валентної зони на відстані E_А = 0,08 еВ (див. рис. 29.3). Близькість цих рівнів до валентної зони призводить до того, що вже за порівняно низьких температур електрони з валентної зони переходять на домішкові рівні і, зв'язуючись з атомами бору, втрачають здатність переміщатися по гратках кремнію, тобто в провідності не беруть участь. Носіями струму є лише дірки, що виникають у валентній зоні.

Домішки, захоплюючі електрони з валентної зони напівпровідника, називаються акцепторами, а енергетичні рівні цих домішок – акцепторними рівнями.

В напівпровідниках р-типу спостерігається дірковий механізм провідності (основні носії струму – дірки).

На відміну від власної провідності, що здійснюється одночасно електронами і дірками, домішкова провідність зуумовлена в основному носіями одного знака: у випадку акцепторної домішки – дірками.