Conductivitatea electrică a semiconductorilor dopate

Punct de vedere chimic semiconductori pure utilizate în tehnologia semiconductoarelor, în general, ca materie primă, care a fost elaborat pe baza semiconductoarelor de impurități. Prin introducerea impurităților se poate îmbunătăți în mod semnificativ conductivitatea electrică a semiconductor prin introducerea în aceasta o preponderență substanțială a oricărui tip de purtători de sarcină mobili - electroni sau găuri. În funcție de valența atomilor de impuritate semiconductorii obținute cu predominanța fie electroni sau o conductivitate gaură. Combinația dintre regiuni cu un alt tip de conductivitate permite dispozitivelor semiconductoare pentru a oferi proprietăți diferite. Amestecarea este administrat într-o cantitate foarte mică dintr-un atom de impuritate per 10 6 - 10 august atomi din materiale semiconductoare de pornire. Astfel, rețeaua cristalină atomică nu este perturbat.

Atunci când este administrat ca cristalul tetravalent semiconductor, cum ar fi siliciu sau germaniu, elemente chimice de impurități pentavalent (arsen, antimoniu, fosfor) atomii atomilor de impuritate înlocuiți materialul de pornire din unele situri cu zăbrele (Fig. 1.6a). Patru electroni de valență ale atomilor de impuritate a crea legături covalente cu patru atomi vecine semiconductor original și un al cincilea electron nu este angajată în comunicare, este redundant și ușor detașat de un atom. La separarea se cere să consume mult mai puțină energie decât ruptura legătură covalentă, astfel încât chiar și la temperatura camerei, electronii în exces ale atomilor de impuritate devin liberi.

atom impuritatea care a pierdut un electron este convertit într-un ion pozitiv fix legat într-un sit rețea cristalină, adică este ionizat atomii de impuritate. Sarcina pozitivă este compensată de ionul impuritate este încărcată negativ electroni liberi și stratul semiconductor cu o impuritate rămâne neutră electric, dacă un electron liber nu este în afara acestui strat. În cazul retragerii de electroni în alte straturi ale cip semiconductor taxe fixe ale ionilor de impuritate formează sarcina pozitivă volumetrică necompensată.

atomi care donează electroni impurității se numesc donator. Când se introduce o concentrație de impurități donor de electroni în crește cristal dramatic. Aceasta este determinată în principal de concentrația atomilor de impuritate. Simultan cu abur generație „electron - gaura“, dar numărul de electroni produse în acest caz, considerabil mai mic decât numărul de electroni da donatori. De aceea, densitatea de electroni devine semnificativ mai mare decât concentrația de găuri:

Curentul electric este generat într-un astfel de semiconductor, în principal electroni, adică domină componenta electronică a curentului. Un semiconductor având o conductivitate predominant electronic, numit de tip n semiconductor. Într-un astfel de semiconductor, electronii sunt purtătorii majoritari și găurile - purtătorilor minoritari.

Figura 1.6. Apariția unei impurități donor de electroni liber atunci când este administrat la (a) și diagrama energetică a semiconductor n-tip (b)

În diagrama energetică a semiconductor n-tip (fig. 1.6, b) administrarea la o impuritate donor se reflectă în apariția diferenței de bandă în apropierea benzii de conducție a nivelurilor de putere locale strâns distanțate utilizate în exces atomii donori de valență de electroni, la o temperatură de zero absolut. Numărul acestor nivele de putere locale egal cu numărul atomilor de impuritate în cristal. Figura prezintă nivelurile acestor accidente vasculare cerebrale.

Lățime de bandă? Wd este diferența dintre energia nivelul inferior al benzii de conducție și valența nivel local în banda interzisă a donatorului. Este foarte scăzută și este 0.01-0.07 eV în funcție de materialul semiconductor și impurități. Aceasta explică faptul că, la temperatura camerei, aproape toate electronii de la nivelurile de donatori locale către banda de conducție și pot participa la crearea unui curent electric.

Atunci când este administrat într-un cristal de siliciu sau germaniu trivalenți impurități element chimic (de exemplu, indiu, aluminiu, bor sau galiu) impurități atom care intră în rețeaua cristalină, formează cele trei electroni de valență doar trei legături covalente cu atomii vecine semiconductor tetravalent (Fig. 1.7, a). Pentru a patra conexiune el nu are un singur electron; este gol, și anume, Se creează o gaură. Pentru a umple acest atom de impuritate în poate captura un electron de la un atom de conexiune învecinate kovalontnoy, după cum este necesar pentru tranziția de energie a electronilor este mică în acest caz. Ca urmare a excesului de valență care unește atom de impuritate de electroni este convertit într-un ion negativ fix, și într-o legătură covalentă adiacentă, unde electronul este plecat, există o gaură.

Taxa pozitiv compensează negativ gaura de încărcare impurități ion și un strat de cristal rămâne electric neutru. În cazul aderării stratului de electroni dintr-un alt strat, și recombinarea cu o gaură în taxele fixe de ioni de impuritate a crea necompensată sarcină spațiu negativ.

atomi care impurității de captare electronii atomilor învecinate se numește un acceptor. Introducerea impurităților acceptoare are ca rezultat formarea numărului mare de găuri, a cărui concentrație este semnificativ mai mare decât concentrația de electroni care rezultă din distrugerea legăturilor covalente semiconductor:

Fig. 1.7. Apariția găurilor atunci când sunt administrate acceptor de impurități (a) și diagrama energetiche lic a unui semiconductor de tip p (b)

Curentul electric care apare într-un semiconductor, componenta gaura predomină. Semiconductor cu o predominanță a conductivității gaura se numește semiconductori de tip p. Aceste găuri semiconductoare sunt purtătorii majoritari, în timp ce electronii - purtătorilor minoritari.

Diagrama energetică a unui semiconductor de tip p este reprezentat în Fig. 1.7 b. nivelurile de energie locale ale atomilor de impuritate acceptor (indicate de amorse) sunt situate în decalajul banda de lângă banda de valență a sursei semiconductoare. Toate aceste niveluri sunt disponibile la o temperatură de zero absolut, iar numărul lor corespunde cu numărul de atomi de impuritate în cristal. Valoarea energetică? Wd este diferența dintre energia nivelului acceptor și nivelul superior al benzii de valență. ? Ea și Wd valoare pentru semiconductori de tip n și cantități mici de 0.01-.07 eV, în funcție de materia primă este un semiconductor și o impuritate. De aceea, la temperatura camerei, toate nivelurile de energie acceptoare sunt ocupate de electroni, care sunt transferate acestora din banda de valență. găuri - Ca rezultat, un număr mare de niveluri vacante apare în banda de valență.

Astfel, în semiconductori dopați purtători de sarcină majoritatea apar în principal datorită atomilor de impuritate și non-core - prin ruperea legăturilor covalente și rezultante purtătorilor de sarcină generatoare de abur. concentrație purtătoare majoritate depășește două până la trei ordine de mărime concentrația purtătorilor minoritari. În acest caz, conductivitatea electrică specifică a conductivității impurități semiconductoare depășește semiconductor intrinsec în sute de mii de ori.

În afară de siliciu și germaniu ca materii prime în industria de semiconductori uz arseniură de galiu, seleniu, oxizi, carburi și alți compuși chimici ai elementelor III și grupele V, și grupele II și VI ale sistemului periodic Mendeleev pornire.

Legate de intrări:

none găsit