Ток в полупроводниках. Акцепторные и донорные примеси.

 Ток в полупроводниках, как и ток в проводниках это упорядоченное движение носителей зарядов. В проводниках этими зарядами являются свободные электроны, а в полупроводниках возможны два типа проводимости электронная и дырочная. При этом электрическое сопротивление полупроводника находится где-то между сопротивлением проводника и диэлектрика.


 Одним из основных отличий полупроводников от проводников является зависимость сопротивления от температуры. В проводниках с понижением температуры сопротивление уменьшается из-за уменьшения теплового движения препятствующего току, а в полупроводниках увеличивается.


 Разберемся, почему это происходит на примере атома германия типичного полупроводника. У этого атома на внешней орбите находятся четыре валентных электрона. Связь между атомами в кристалле происходит парами валентных электронов. Каждый такой электрон принадлежит сразу двум атомам. Связь валентных электронов значительно сильнее, чем в металлах при комнатной температуре и поэтому им тяжело отрываются от атома. Таким образом, электронов проводимости очень мало. Следовательно, сопротивление велико.


 С увеличением температуры электроны получают энергию и способны покинуть атом. У атома, оставшегося без электрона, появляется вакансия на внешней орбите, которую тут же занимает электрон от другого атома. Атом с вакансией называется дыркой. При определенной температуре процесс появления вакансий и восстановления электронной связи то есть рекомбинация идут непрерывно.


 При помещении полупроводника в электрическое поле упорядоченно двигаться начинают не только электроны, но и дырки. Дырки в этом случае ведут себя как частицы заряженные положительно.

Ток в полупроводниках
Рисунок 1 — Кристаллическая решётка полупроводника германия
 

  Количество электронов равно количеству дырок только у чистых полупроводников их проводимость называется собственной. Если к полупроводнику добавить примесь, то характер проводимости меняется. Различают два типа проводимости электронная и дырочная.


 Электронная проводимость это когда к атому германия с четырьмя электронами добавить атом мышьяка, у которого пять валентных электронов. Таким образом, появляется один лишний электрон не занятый в связях. Он легко отрывается от атома мышьяка, который в этом случае становится положительным ионом. Примесь с больше валентностью, чем основной полупроводник называется донорной.

Ток в полупроводниках
Рисунок 2 — Кристаллическая решётка с донорной примесью
 

  В результате добавления примеси появляется большое количество свободных электронов, и удельное сопротивление всего проводника уменьшается на порядки даже, приближается к сопротивлению проводника.


 Поскольку основными носителями зарядов являются электроны, то полупроводник называется полупроводником n типа.


 Дырочная проводимость это когда к четырехвалентному атому германия добавить трех валентный атом, например атом индия. В этом случае три электрона атома индия устанавливают связь с атомами германия. А на образование четвертой связи атом индия забирает электрон у соседнего атома германия. Тогда атом индия превращается в отрицательный ион. И образуются дырки из атомов германия с отсутствующими электронами.

Ток в полупроводниках
Рисунок 3 — Германий с примесью индия
 

  Примеси вводимые для получения вакансий называются акцепторными. С их введением в полупроводник увеличивается количество дырок, за счет этого у него уменьшается удельное сопротивление. Количество дырок становится значительно больше, чем количество электронов, такая проводимость называется дырочной. А полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p типа.

 
« Пред.   След. »