Примесная проводимость полупроводников

1) Донорская примесь – это примесь элементов с пятью валентными электронами (мышьяк As, фосфор Р и т.д.). Четыре валентных электрона атома мышьяка включены в образование ковалентных связей с четырьмя соседними атомами германия. Пятый валентный электрон оказался излишним; он легко отрывается от атома мышьяка и становится свободным (рис.3). Атом, потерявший электрон, превращается в положительный ион, расположенный в узле кристаллической решетки.

Рисунок 3 – Полупроводник с электронной проводимостью

В кристалле германия с примесью мышьяка есть электроны и дырки, ответственные за собственную проводимость кристалла. Но основным типом носителей свободного заряда являются электроны, оторвавшиеся от атомов мышьяка. В таком кристалле количество электронов во много раз больше количества дырок n_n >> n_p. Поэтому электроны являются основными носителями заряда, а дырки – неосновными.

Такая проводимость называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n-типа.

2) Акцепторная примесь – это примесь элементов с тремя валентными электронами (индий In, бор В и т.д.). Индий с помощью своих валентных электронов образует ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами германия. На образование связи с четвертым атомом германия у атома индия нет электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов германия. В этом случае атом индия превращается в отрицательный ион, расположенный в узле кристаллической решетки, а в ковалентной связи соседних атомов образуется дырка.

Рисунок 4 – Полупроводник с дырочной проводимостью

Наличие акцепторной примеси резко снижает удельное сопротивление полупроводника за счет появления большого числа свободных дырок. Концентрация дырок в полупроводнике с акцепторной примесью значительно превышает концентрацию электронов, которые возникли из-за механизма собственной электропроводности полупроводника: n_p >> n_n. Дырки являются основными носителями, а дырки неосновными

Проводимость такого типа называется дырочной проводимостью. Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.