Примесная проводимость

Таким образом, за счет термогенерации в собственном полупроводнике, который принято обозначать буквой i, образуются два типа подвижных носителей заряда: свободные элктроны п и дырки р, причем их количество одинаково (п^=р:). Эти носители заряда называют собственными, а электропроводность, ими обусловленную,— собственной электропроводностью. В полупроводниковой электронике используется не только собственная, но и примесная электропроводность, имеющая место в примесных полупроводниках.

Таким образом, в отличие от собственных в примесных полупроводниках концентрация электронов п и дырок р может различаться на несколько порядков, п?р.

В примесных полупроводниках с электронной электропроводностью происходит переход электронов с локальных уровней энергии в зону проводимости. Кроме того, возможен переход электронов из валентной зоны в зону проводимости, как это бывает у полупроводников с собственной электропроводностью.

Зависимости положения уровня Ферми от температуры в примесных полупроводниках п- и р-типов показаны на 1.12, а, б. Рассмотрим характер этих зависимостей на примере полупроводника n-типа ( 1.12, а). В области низких температур переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости можно пренебречь и считать, что все электроны в зоне проводимости появляются в результате ионизации доноров. Аналогично (1.15), выражен-ие для

1.12. Зависимость положения уровня Ферми $у от температуры в примесных полупроводниках л-типа (а) и р-тнпа (б)

Если известны концентрации основных носителей заряда, то можно вычислить концентрации неосновных носителей в примесных полупроводниках, воспользовавшись со-от ношением

Поскольку N ^> П;, значение LD в примесных полупроводниках много меньше, чем в собственных. Например, в собственном кремнии LD » 14 мкм, а в примесном крем-

Зависимости положения уровня Ферми от температуры в примесных полупроводниках п- и р-типов показаны на 3.10, а, б. Рассмотрим характер этих зависимостей на примере полупроводника n-типа ( 3.10, а). В области низких температур переходами электронов из валентной зоны в зону проводимости можно пренебречь и считать, что все электроны в зоне проводимости появляются в результате ионизации доноров. Аналогично (3.12) выражение для уровня Ферми WF при низких температурах можно записать в виде

3.10. Зависимость положения уровня Ферми WF от температуры в примесных полупроводниках n-типа (а) и р-типа (б)

Если известны концентрации основных носителей заряда, то можно вычислить концентрации неосновных носителей в примесных полупроводниках, воспользовавшись соотношением

В примесных полупроводниках наблюдается эффект поля, заключающийся в изменении характера проводимости в приповерхностном слое под действием электрического поля. Например, если собрать трехслойную структуру: металл М, изолятор И и полупроводник П и через изолятор // воздействовать на поверхность полупроводника П, имеющего в одинаковой степени п-и р-проводимость, электрическим полем от батареи Еа в указанной на 6, а полярности, то образуется обогащенный дырками приповерхностный р-слой с повышенной р-проводимостью. Изменив полярность ( 6, б), получим приповерхностный слой с преобладающей п-проводимостью.

11. Примесная проводимость кремния:

Как уже отмечалось, в полупроводниковых приборах-наиболь-шее применение нашли германий и кремний. Германий имеет ширину запрещенной зоны 0,72 эВ (табл. 1), что ограничивает его применение в приборах, где нагрев материала превышает 60—100° С. Кремний, имея большую ширину запрещенной зоны (1,12 эВ), допускает нагрев до 250° С. При сравнительно низких температурах примесная проводимость оказывается гораздо больше собственной.

зону, что приведет к росту собственной проводимости, которая может расти непрерывно. В то же время примесная проводимость имеет предел (один атом примеси приходится на 107—108 атомов полупроводника), соответствующий ионизации всех наличных примесных атомов. Следовательно, при достаточно высокой температуре проводимость полупроводников всегда бывает почти собственной.

2-88. Что такое примесная проводимость?

3. В запрещенной зоне появляются разрешенные уровни за счет примесей других атомов или каких-либо нарушений однородности кристаллов тела (дефектов). Эти примесные уровни могут располагаться как вблизи зоны проводимости ( 1.5,в), так, и у верхнего края валентной зоны ( 1.5, г). В первом случае вероятность перехода электронов с примесных'уровней в зону проводимости значительно больше вероятности перехода электронов из валентной зоны. Поэтому в таком примесном полупроводнике кроме собственной проводимости может существовать значительная примесная проводимость электронного типа.

2.3. Примесная проводимость полупроводников

2.5. Примесная проводимость германия:

Для того чтобы примесная проводимость преобладала над собственной, концентрация атомов донорной примеси #д или акцепторной примеси Na должна превышать концентрацию собственных носителей заряда, равную ni = pi. Практически при изготовлении примесных полупроводников величины УУД или Nn всегда во много раз превышают п(. Например, для германия, у которого при комнатной температуре nl = р( = 2,5 • Ю13 см~3, величины N и Na могут быть порядка 101в см~3, т. е. в 1000 раз больше концентрации собственных носителей.

2.3. Примесная проводимость полупроводников....... 38

Примесная 'проводимость. Проводимостью проводников, предварительно хорошо очищенных, можно управлять искусственным введением примесей двух видов. Примеси, обуславливающие преимущественно электронную проводимость, называют донорам и, а дырочную проводимость — акцепторами.

растет за счет увеличения концентрации примесных носителей. Таким образом, при низких температурах преобладает примесная проводимость. При высоких температурах роль примесной проводимости мала, главное значение приобретает собственная проводимость. Для невыро-