Conductivitatea semiconductori din cauza impurităților se numește conductivitate extrinsecă, semiconductori și ei înșiși - semiconductori de impurități. conductivitate Impuritatea datorită impurităților (atomi de elemente străine), iar atomii exces defect de tip (în comparație cu compoziția stoichiometric), termică (noduri goale sau atomi interstițiale) și mecanice (crăparea, dislocările etc.) defecte. Prezența impurităților într-un semiconductor modifică semnificativ conductivitatea. De exemplu, atunci când este administrat în siliciu de aproximativ 0,001 la.% Bor sa crește conductivitatea la aproximativ 10 de 6 ori.
În semiconductor cu o impuritate, care este una mai mult decât valența valența atomilor de bază purtători actuali sunt electroni; apare impuritate conductivitate electronică (n-tip de conductivitate). Semiconductors cu numita conductibilitate electronică (semiconductori sau de tip n). Impuritățile, care sunt o sursă de electroni, numit donatori. și nivelul de energie de impurități diminuat - nivelurile de donatori.
De exemplu, substituția germaniu atom atom pentavalent arsenic (Fig. 22a) per electron nu poate forma o legătură covalentă, este de prisos și poate fi ușor scindată vibrațiile termice ale rețelei de atomi, m. E. deveni liber. Formarea liberă de electroni nu este însoțită de o încălcare a unei legături covalente; Prin urmare, spre deosebire de cazul descris anterior, gaura nu apare. Excesul de sarcină pozitivă care apare lângă atomul de impuritate al atomului de impuritate este legat de, și, prin urmare, se deplasează prin zăbrele nu se poate.
În ceea ce privește procesul considerat teoria bandă poate fi reprezentată după cum urmează (Fig. 22b). Introducerea Lattice impuritate denaturează câmpul, care dă naștere la un nivel de energie decalaj banda D arsen de valență de electroni numit impurități. În cazul germaniu dopat cu arsenic acest nivel se extinde din partea de jos a benzii de conducție în regiune # 916; ED = 0,013 eV. deoarece # 916; ED În semiconductor cu o impuritate, care este una mai mică valență valență atom de bază, purtătorii de sarcină sunt găuri; are loc conductivitate gaura (tip p conductivitate). Semiconductors cu o astfel numita gaura conductoare (sau semiconductori de tip p). Impuritatile electroni interesante din banda de valență de semiconductor sunt denumite acceptori, iar nivelurile de energie ale acestor impurități - niveluri acceptor. Să presupunem că în zăbrele siliciu atomul de impuritate introdus cu trei electroni de valență, cum ar fi bor (Fig. 23a). Pentru a forma legături cu patru vecini apropiați din atomul de bor lipseste un electron, una dintre legăturile în continuare fără personal și al patrulea electron poate fi captat de atomul învecinat al substanței de bază, în care se formează o gaură, respectiv. umplere echivalentă secvențială cu mișcarea găurilor generate în găuri semiconductori cu electroni, adică, găuri nu rămân localizate, și sa mutat în rețeaua de siliciu ca sarcini pozitive gratuite. Excesul de sarcina negativa se produce în apropierea atomului de impuritate este legat cu atomul impurități și zăbrele nu se poate mișca.
Conform teoriei banda, administrarea unei impurități trivalent în rețeaua de siliciu conduce la niveluri de energie bandgap de impuritate A, nu sunt ocupate de electroni. În cazul siliciu dopat cu bor ca acest nivel se află deasupra marginii superioare a benzii de valență în regiune # 916; EA = 0,08 eV (Fig 23 6.). Apropierea acestor nivele la rezultatele de bandă de valență în faptul că deja la temperaturi relativ scăzute, electronii trec din banda de valență la niveluri de impurități și prin legarea la atomii de bor pentru a pierde capacitatea lor de a deplasa prin zăbrele de siliciu, adică. E. Nu participa la conducta. transportatorii sunt doar găurile care apar în banda de valență.
Spre deosebire de electroni de conducție intrinseci N se realizează simultan găuri impurității conductibilitate a semiconductorilor cauzate practic aceeași purtători semn: electroni - în cazul unei impurități donoare, găuri - în cazul acceptor. Acești purtători sunt numite de bază. De asemenea, purtătorii majoritari în semiconductoare, și purtătorii minoritari sunt: semiconductori de tip n - găuri în semiconductori de tip p - electroni.
Prezența nivelelor de impurități în semiconductori modifică semnificativ poziția nivelului Fermi EF. Calculele arată că, în cazul de tip n semiconductor, EF nivelul Fermi la 0 K este situat la jumătatea distanței dintre partea de jos a benzii de conducție și nivelul donor (Fig. 24a). Odată cu creșterea temperaturii unui număr tot mai mare de electroni transferate din statele donatoare în banda de conducție, dar, în plus, crește numărul de fluctuație termică, capabil de electroni interesante din banda de valență și de a le transfera printr-o zonă de energie interzisă. De aceea, la temperaturi ridicate, nivelul Fermi tinde să se miște în jos (linie solidă) în poziția sa de limitare în centrul caracteristicii banda interzisă a unui semiconductor intrinsec.
Nivelul Fermi în semiconductori de tip p la 0 K este situat la jumătatea distanței dintre banda de valență și un nivel acceptor (Figura 24 b). Curba solidă arată din nou tura sa cu temperatura. La temperaturile la care atomii de impuritate sunt complet epuizate și creșterea concentrației purtătoare se datorează excitării purtători intrinseci, nivelul Fermi este situat în mijlocul benzii ca într-un semiconductor intrinsec.
Conductivitatea impurităților semiconductoare ca conductivitatea oricărui conductor, determinată de concentrația purtătorilor și a mobilității acestora. Odată cu schimbarea temperaturii se modifică mobilitatea purtătoare a legii putere relativ slabă, iar concentrația purtătoare - pentru foarte mare exponențial, și, prin urmare, dependența de semiconductori conductibilitate de impurități la temperatură este determinată în primul rând de dependența de temperatură a concentrației purtătoare în acesta. Fig. 25 dat un teren dur ln # 947; 1 / T pentru semiconductori de impurități. Porțiune AB descrie conductivitate impurități semiconductor.
Creșterea impurității conductivitatea semiconductor cu creșterea temperaturii în principal datorită concentrației tot mai mari purtători de impurități. Segmentul BC corespunde epuizarea impurităților (acest lucru este confirmat prin experimente), secțiunea CD descrie conductivitatea intrinsecă a semiconductorului.
