При создании полупроводниковых приборов обычно используют примесные полупроводники, поскольку их электропроводность в основном определяется концентрацией введенной примеси и лишь незначительно зависит от дестабилизирующих факторов. В зависимости от характера введенной примеси, примесные полупроводники бывают двух типов: p и n- типа.
Полупроводники n-типа. Их получают путём введения в собственный, обычно 4-х валентный полупроводник атомов 5-и валентной примеси. Каждый атом такой примеси создает свободный электрон. Примесь, создающая свободные электроны, называется донорной.
Плоская модель кристаллической решетки четырехвалентного полупроводника с донорной примесью приведена на рис.1.3. Атом примеси, занимая узел кристаллической решетки, оказывается в окружении атомов собственного полупроводника. Четыре электрона атома примеси идут на образование ковалентной связи с соседними атомами собственного полупроводника, а пятый, благодаря малой энергии ионизации, уже при невысокой температуре оказывается свободным.
В результате такого ухода электрона, в полупроводнике n-типа возникает два вида основных зарядов: электрон – свободный (подвижный) отрицательно заряженный электрон и неподвижный положительно заряженный ион донорной примеси. В целом, такой полупроводник остается электрически нейтральным.
В полупроводнике n-типа основными свободными носителями заряда являются электроны, их концентрация становится равной
nn=ND+ni@ND >>ni
Здесь ND - концентрация атомов донорной примеси, nn - концентрация электронов в полупроводнике n -типа, ni -концентрация электронов в собственном полупроводнике. Отсюда следует, что концентрация электронов в основном определяется концентрация атомов донорной примеси. Полупроводники, в которых основными носителями являются электроны называют электронными или полупроводниками n - типа.
Концентрация дырок в полупроводнике n - типа определяется дырками, которые возникают в результате термогенерации в собственном полупроводнике, т.е. рn=pi.. Концентрация дырок во много меньше концентрации электронов. Поэтому дырки называют неосновными носителями.
Для электронного полупроводника (n -типа) справедливо соотношение nnpn=nipi=ni 2.
Полупроводники p-типа. В них в качестве примеси используются 3-х валентные вещества. В результате введения примеси каждый атом примеси отбирает (присваивает) электрон близлежащего атома собственного полупроводника, в результате чего в полупроводнике образуется дырка. такая примесь называется акцепторной.
Плоская модель кристаллической решётки полупроводника с акцепторной примесью приведена на рис.1.4. Связь атома примеси с четвертым атомом собственного полупроводника оказывается незаполненной. Однако на нее сравнительно легко могут переходить электроны соседних атомов собственного полупроводника. В результате такого перехода образуется два заряда: свободный (подвижный) положительно заряженный заряд - дырка, на месте откуда ушел электрон и неподвижный отрицательно заряженный ион акцепторной примеси.
дырки являются основными свободными носителями заряда, их концентрация в основном равна концентрации ионов акцепторной примеси
pp=NA+pi@NA >>pi ,
где: pp- концентрация дырок в полупроводнике р- типа NA- концентрация атом акцепторной примеси, pi- концентрация дырок в собственном полупроводнике.
Электроны являются неосновными носителямизаряда, их концентрация np определяется электронами ni образующимися в результате термогенерации собственного полупроводника, т.е. np=ni.
Для дырочного полупроводника (р-типа) справедливо соотношение nрpр=nipi=ni 2.