În semiconductoare pure sau intrinseci, concentrația de electroni și găuri este aceeași. Conductivitatea electrică a semiconductorului intrinsec (non-impuritate) este foarte scăzută.
În majoritatea dispozitivelor electronice, se utilizează semiconductori cu așa-numita conductibilitate de impurități. Pentru a transforma un semiconductor intrinsec într-o impuritate, este necesar să se introducă în rețeaua de cristal o anumită cantitate dintr-un aditiv chimic selectat, adică pentru a realiza alierea semiconductorului.
Impuritățile creează o serie de niveluri de energie în bandgap. Ca rezultat, probabilitatea de formare a perechilor electron-gauri la temperatura de excitație este mult mai mare decât în semiconductorul intrinsec.
În astfel de semiconductori, conductivitatea electrică se datorează, în principal, încărcătoarelor încărcate de aceleași electroni sau găuri. Pentru a asigura conductivitatea electronilor sau gaurilor, este de obicei suficientă introducerea unui atom de impuritate corespunzătoare în atomii semiconductorului intrinsec. Atomii impurității din zăbrelele cristaline ale germaniului sau siliciului (grupul 4 al tabelului periodic) înlocuiesc de obicei unii dintre atomii principali la locurile de zăbrele. Rezultatele unei astfel de substituții depind de materialul de impurități.
Există impurități dopante de două tipuri: donatori - elemente pentavalente, cum ar fi P, As, Sb (donații, donații). Concentrația donatorilor va fi notată cu Nd. Acceptorii sunt elemente trivalente, cum ar fi B, Al, In, Ga (acceptor-acceptor, beneficiar). Concentrația de acceptori va fi notată cu Na. Pe această bază se disting semiconductori de tip n și de tip p.
Pentru a obține un semiconductor de tip n, o impuritate donor (valența-5) este introdusă în cristalele de siliciu de 4 valențe.
În acest caz, patru electroni de valență ai impurității formează legături cu patru atomi de siliciu vecini. Cel de-al cincilea electron al impurității nu participă la formarea legăturilor covalente, poate fi ușor rupt de atomul său și să devină liber. La temperatura camerei, practic toți electronii de impurități care nu formează legături covalente cu atomi de siliciu devin liberi și participă la conducerea electrică. Atomul de impuritate, care a pierdut un electron, devine un ion pozitiv fix.
Electronii liberi ai impurității sunt adăugați la electronii liberi ai semiconductorului cauzate de generarea termică, astfel încât conductivitatea electrică a semiconductorului devine predominant electronică.
În aceste condiții, electronii sunt principalii purtători de taxe, deoarece n >> p, și gauri - purtători principali.
Exemplu: în 1 (≈ 2 g) siliciu - 4,99 * atomi. Concentrația intrinsecă ni = pi - 2 * este /. Când introdus în siliciu 2 atomi * fosfor (toate ionizat), conductivitatea electronilor va aparea suma (2 + 2 * ≈2 *), care va crește conductivitatea după dopaj de siliciu în timp (100 mii. Time). Astfel, atomii de fosfor 2 * este 0,5 atomi * siliciu, deci 0,5 * 2 * r, care este 1 * d = 0,1 g = 0,1mkg P (2 g Si) sau P 50mkg pentru 1 kg de Si.
Pentru a obține un semiconductor de tip p, se introduce o impuritate acceptoare în cristalul siliciului cu patru valențe (valența 3).
În acest caz, trei electroni de valență ai impurității formează legături covalente cu trei dintre cei patru atomi de siliciu vecini. Una dintre legăturile covalente rămâne incompletă, formând o stare de energie liberă. Un atom de impuritate pentru a umple o vacanță necesită un electron suplimentar pentru a forma o coajă puternică de opt electroni. Acest electron este selectat dintre orice atom de siliciu. Atomul de impuritate, care a selectat un electron din legătura covalentă a rețelei semiconductoare, devine un ion negativ fix. La locul din rețeaua principală, de unde electronul a ajuns la atomul de impuritate, se formează o gaură. Se adaugă la găurile intrinseci ale semiconductorului cauzate de generarea termică, astfel încât conductivitatea semiconductorului devine predominant gaură.
În aceste condiții, găurile sunt principalii purtători de taxe, deoarece p >> n, și electroni - purtători non-bază.
Pentru un semiconductor de tip n se aplică următoarea inegalitate:
Nn >> Pn, unde N este concentrația de electroni într-un semiconductor de tip n;
P este concentrația gaurii într-un semiconductor de tip n
Și pentru un semiconductor de tip p:
Pp >> Np, unde P este concentrația gaurii în semiconductorul de tip p;
N este concentrația de electroni într-un semiconductor de tip p.
Impuritățile donatorilor formează nivelurile de impurități Wg situate în banda interzisă în apropierea benzii de conducere; Aciditatea impurităților formează niveluri de impurități. situat în diferența de bandă lângă grupa de valență. Nivelul de fermi din semiconductori de impurități se situează între nivelul Wd și partea inferioară a benzii de conducere Wn sau între nivelul și plafonul benzii de valență WB (a se vedea figura).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: