Примесные полупроводники
Полупроводники любой степени чистоты содержат всегда примесные атомы, создающие свои собственные энергетические уровни, получившие название примесных уровней. Эти уровни могут располагаться как в разрешенной, так и в запрещенной зонах полупроводника на различных расстояниях от вершины валентной зоны и дна зоны проводимости. В ряде случаев примеси вводят сознательно для придания полупроводнику необходимых свойств. Рассмотрим основные типы примесных уровней.
Донорные уровни. Предположим, что в кристалле германия часть атомов германия замещена атомами пятивалентного мышьяка. Германий имеет решетку типа алмаза, в которой каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями, связанными с ним валентными силами (рис. а). Для установления связи с этими соседями атом мышьяка расходует четыре валентных электрона; пятый электрон в образовании связи не участвует. Он продолжает двигаться в поле атома мышьяка.
Вследствие ослабления поля радиусорбиты электрона увеличивается в 16 раз, а энергия связи его с атомом мышьяка уменьшается примерно в ε2 ≈ 256 раз, становясь равной Ед ≈ 0,01 эВ. При сообщении электрону такой энергии он отрывается от атома и приобретает способность свободно перемещаться в решетке германия, превращаясь, таким образом, в электрон проводимости (рис. б).
На языке зонной теории этот процесс можно представить следующим образом. Между заполненной валентной зоной и свободной зоной проводимости располагаются энергетические уровни пятого электрона атомов мышьяка (рис. в). Эти уровни размещаются непосредственно у дна зоны проводимости, отстоя от нее на расстоянии Eg ≈ 0,01 эВ. При сообщении электронам таких примесных уровней энергии Eg они переходят в зону проводимости (рис. г). Образующиеся при этом положительные заряды («дырки») локализуются на неподвижных атомах мышьяка и в электропроводности не участвуют.
Примеси, являющиеся источником электронов проводимости, называются донорами, а энергетические уровни этих примесей — донорными уровнями. Полупроводники, содержащие донорную примесь, называются электронными полупроводниками, или полупроводниками n-типа, часто их называют также донорными полупроводниками.
Акцепторные уровни. Предположим теперь, что в решетке германия часть атомов германия замещена атомами трехвалентного индия (рис. а). Для образования связей с четырьмя ближайшими соседями у атома индия не хватает одного электрона. Его можно «заимствовать» у атома германия. Для этого требуется энергия порядка Еа ≈ 0,01 эВ. Разорванная связь представляет собой дырку (рис. б), так как она отвечает образованию в валентной зоне германия вакантного состояния.
На рис. в показана зонная структура германия, содержащего примесь индия. Непосредственно у вершины валентной зоны на расстоянии Еа ≈ 0,01 эВ располагаются незаполненные уровни атомов индия. Близость этих уровней к валентной зоне приводит к тому, что уже при относительно невысоких температурах электроны из валентной зоны переходят на примесные уровни (рис. г). Связываясь с атомами индия, они теряют способность перемещаться в решетке германия и в проводимости не участвуют. Носителями заряда являются лишь дырки, возникающие в валентной зоне.
Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называют акцепторными, а энергетические уровни этих примесей — акцепторными уровнями. Полупроводники, содержащие также примеси, называются дырочными полупроводниками, пли полупроводниками p-типа; часто их называют акцепторными полупроводниками.
- Министерство образования рф
- Лекция 1 Заполнение зон электронами. Проводники, диэлектрики и полупроводники
- Собственные полупроводники
- Примесные полупроводники
- Лекция 2 Принципы работы полупроводниковых приборов и их применение Диоды
- Прямое включение: Обратное включение:
- Стабилитроны
- Варикапы
- Светодиоды
- Фоторезисторы
- Люкс-амперная характеристика фоторезистора Фотоэлементы с p-n-переходом
- Фотодиоды
- Упрощенная структура фотодиода и его условное графическое обозначение
- Термоэлектрогенераторы и термоэлектрохолодильники
- Эффект Холла
- Тензорезисторы
- Лекция 3 Механические свойства материалов
- Диаграмма растяжения
- Пластичность и хрупкость. Твердость
- Кривые растяжения материалов: а-хрупкого, б-пластичного
- Способы измерения твёрдости
- Для каждого материала существует установленная госТом сила вдавливания f
- Твёрдость материала по Бринелю рассчитывают исходя из площади отпечатка.
- Влияние энергии химических связей на свойства материалов
- Теоретическая и реальная прочности кристаллов на сдвиг
- Лекция 4 Кристаллизация металлов
- Самопроизвольная кристаллизация
- Кривые охлаждения металла
- Изменение скорости образования зародышей (с. З.) и скорости роста кристаллов (с. Р.) в зависимости от степени переохлаждения
- Несамопроизвольная кристаллизация
- Получение монокристаллов
- Схемы установок для выращивания монокристаллов
- Аморфное состояние металлов
- Термодинамическое обоснование диаграммы состояния сплавов, компоненты которых полностью растворимы в жидком и твердом состояниях Полиморфизм
- Лекция 5 Влияние нагрева на структуру и свойства металлов
- Холодная и горячая деформации
- Термическая обработка металлов и сплавов Определения и классификация
- Нагрев для снятия остаточных напряжений
- Рекристаллизационный отжиг
- Диффузионный отжиг (гомогенизация)
- Лекция 6 Термохимическая обработка Назначение и виды химико-термической обработки
- Цементация
- Цианирование и нитроцементация
- Азотирование
- Диффузионная металлизация
- Алитирование (Al)
- Хромирование (Cr)
- Борирование (b)
- Силицирование (Si)
- Поверхностно-пластическая деформация
- Литье под давлением
- Центробежное литье
- Литье под низким давлением
- Литье выжиманием
- Лекция 8 Конструкционные материалы Общие требования, предъявляемые к конструкционным материалам
- Прочность конструкционных материалов и критерии ее оценки
- Классификация конструкционных материалов
- Стали, обеспечивающие жесткость, статическую и циклическую прочности
- Классификация конструкционных сталей
- Влияние углерода и постоянных примесей на свойства стали
- Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов
- Превращения в сплавах системы железо-цементит
- Диаграмма состояния Fe-Fe3c
- Характерные точки диаграммы состояния железо-цементит
- Углеродистые стали
- Легированные стали
- Лекция 9 Цветные сплавы Медные сплавы
- Свойства промышленных латуней, обрабатываемых давлением
- Сплавы на основе алюминия
- Механические свойства алюминия
- Сплавы на основе магния
- Титан и сплавы на его основе
- Механические свойства иодидного и технического титана
- Лекция 10 Органические полимеры
- Дополнительные компоненты полимерных композиций
- Неполярные и слабополярные термопласты
- Полярные термопласты
- Термореактивные полимеры
- Слоистые пластмассы
- Металлопласты
- Лекция 11 Неорганические материалы
- Кристаллическая решетка графита
- Неорганическое стекло
- Ситаллы
- Керамика
- Лекция 12 Композиционные материалы Композиционные материалы с металлической матрицей
- Композиционные материалы с неметаллической матрицей
- Бороволокниты
- Органоволокниты
- Список литературы