Головна

домішкових провідність

  1. Молярна ЕЛЕКТРИЧНА ПРОВІДНІСТЬ РОЗЧИНІВ ЕЛЕКТРОЛІТІВ
  2. перехідна провідність
  3. Граничної молярної електричну провідність іона
  4. провідністьмембрани
  5. Власна і домішкова провідність напівпровідників.
  6. Власна провідність напівпровідників

Тепер розглянемо такий кристал кремнію, в якому невелика частина атомів у вузлах решітки заміщена атомами іншого хімічного елемента. Розглянемо спочатку випадок, коли атоми домішки мають більше валентних електронів, ніж атоми кремнію. Такими домішками можуть бути елементи п'ятої групи періодичної системи, такі як фосфор (Р), миш'як (Аs), сурма (Sb). Чотири з п'яти валентних електронів примесного атома задіяні в ковалентних зв'язках з чотирма найближчими сусідніми атомами кремнію, а п'ятий електрон буде "зайвим". Кулонівська сила тяжіння цього електрона до домішкового атома в кристалі послаблюється в  раз (діелектрична проникність, для кремнію  ). Відповідно зменшується енергія іонізації домішкового атома від декількох електрон-вольт до декількох десятих електрон-вольта. Тому в кристалах з домішками вже при температурах, значно менших кімнатної, коли власна провідність ще мізерно мала, домішкові атоми віддають свої "зайві" електрони, які при цьому стають електронами провідності. Тому домішки, які постачають електрони в зону провідності кристала, називають донорними. Атоми домішки стають при цьому нерухомими позитивними іонами. На рис. 35.14 вони зображені у вигляді квадратиків. Оскільки з втратою домішковим атомом п'ятого електрона ковалентні зв'язки в решітці кремнію не порушуються, то донорні домішки не створюють дірок в заповненій зоні кристала. Електропровідність напівпровідників з домішками, обумовлену вільними електронами, що поставляються донорними атомами, називають примесной провідністю  типу.

 Через те, що концентрація домішкових атомів мала в порівнянні з концентрацією атомів кремнію, домішкові атоми в кристалі размещаються на великих відстанях один від одного і практично не взаємодіють між собою. Кожен домішковий атом в кристалі можна розглядати як ізольований від інших атомів домішки. З цієї причини енергетичні рівні домішкових атомів не розщеплюються в зони. Енергія іонізації донорних домішок визначає енергетичний інтервал  між донорним рівнем і дном зони провідності (див. рис. 35.14). Ширина забороненої зони кремнію  , Енергетичний інтервал в разі, якщо домішка - миш'як, .

Розглянемо тепер той випадок, коли в напівпровідник введена домішка, атоми якої мають менше валентних електронів, ніж атоми кристала. Для кремнію такими домішками можуть бути елементи третьої групи періодичної системи елементів, такі як бор (В), галій (Ga), індій (In). Із заміною атома кремнію в вузлі кристалічної решітки на атом домішки одна з чотирьох ковалентних зв'язків виявляється незаповненою, тому що у домішкових атомів елементів третьої групи у зовнішній електронній оболонці є лише по три електрона. Оскільки в кристал введений нейтральний атом домішки, то незаповнена ковалентний зв'язок біля примесного атома не несе електричного заряду і тому ще не є діркою. З підвищенням температури валентні електрони сусідніх з атомом домішки атомів кремнію, які ще не можуть отримати від атомів енергії, достатньої для переходу в зону провідності, виявляються здатними перестрибнути на незаповнену ковалентний зв'язок біля примесного атома. Для цього потрібна енергія менша, ніж для переходу в зону провідності. Місце, що залишилося після електрона (розірвана ковалентний зв'язок між атомами кремнію), є діркою, бо з ним пов'язаний нескомпенсований позитивний заряд. Атоми домішки стають при цьому нерухомими негативними іонами. На рис. 35.15 вони зображені у вигляді квадратиків.

Примесную провідність напівпровідників, зумовлену спрямованим рухом дірок, т. Е. Переходами пов'язаних електронів від одного атома до іншого, називають доречнийпровідністю, або провідністю  типу. Домішки, що створюють дірковий провідність, називають акцепторними.

 Зонна теорія пояснює провідність  типу тим, що при введенні в кристал акцепторних домішок в забороненій зоні недалеко від стелі валентної зони утворюється домішковий (акцепторні) Енергетичний рівень (див. Рис. 35.15). Енергетичний інтервал між стелею валентної зони і акцепторні рівнем  визначає енергію іонізації акцепторних домішок. Якщо в кремнії домішкою є бор, то енергетичний інтервал  . Оскільки енергія іонізації  акцепторних домішок значно менше ширини забороненої зони  , То вже при досить низьких температурах електрони валентної зони будуть переходити на акцепторні рівень.

Таким чином, один і той же напівпровідник може мати як власну, так і примесную провідність. Залежно від хімічної природи введеної в кристал домішки, його електропровідність може бути електронної (  типу) або доречний (  типу). Механізм провідності в напівпровідниках обох типів електронний: в кристалах  типу під дією поля рухаються вільні електрони, в кристалах  типу стрибками переміщаються від атома до атома валентні електрони.

Поступово нагріваючи домішкові напівпровідники, можна досягти такої температури, коли окремі електрони валентної зони можуть отримати від атомів енергію, достатню для переходу з валентної зони в зону провідності. При цьому, поряд з виниклою раніше примесной провідність, буде спостерігатися власна провідність, обумовлена ??вільними електронами і дірками.

Коли в домішковому напівпровіднику, наприклад  типу, виникає власна провідність, то в перенесенні заряду разом з дірками беруть участь і вільні електрони. Але їх відносна концентрація буде дуже малою в порівнянні з концентрацією дірок (  ). Тому дірки в кристалах  типу називають основними носіями заряду, а електрони - неосновними. У напівпровідниках з  типом провідності основними носіями заряду є електрони, неосновними - дірки.

Слід зазначити, що у всіх розглянутих випадках власної та домішкової провідності одночасно з генеруванням носіїв струму (при нагріванні або при передачі енергії кристалу іншим способом) відбувається і зворотний процес - рекомбінація.

Рівень Фeрмі в напівпровідниках  типу розташовується у верхній половині забороненої зони, а в напівпровідниках  типу - в нижній половині забороненої зони. При підвищенні температури рівень Фeрмі в напівпровідниках обох типів зміщується до середини забороненої зони, так як зростає частка власних носіїв, для яких рівень Фeрмі розташований поблизу середини забороненої зони.



Попередня   183   184   185   186   187   188   189   190   191   192   193   194   195   196   197   198   Наступна

КВАНТОВА ТЕОРІЯ АТОМА ВОДНЮ | постулати Бора | Атом водню в квантовій механіці | Рішення рівняння Шредінгера, тобто математичний опис орбіталі, можливо лише за певних, дискретних значеннях параметрів, які отримали назву квантових чисел. | спін ??електрона | Спектри. спектральний аналіз | Кристали. Зв'язки між атомами і молекулами в твердих тілах | Зони енергетичних рівнів електронів в кристалі | Провідники, напівпровідники і діелектрики по зонної теорії | Власна провідність напівпровідників |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати