Vedere de ansamblu. Semiconductori în rețeaua cristalină, care pe lângă atomii tetravalent încorporați atomii de impuritate având o valență diferită de atomii de bază de valență, sunt numite un semiconductor impuritate. și conductivitatea electrică a impurității a introdus creat numit conductivitate extrinsecă. acestea sunt semiconductori de impurități utilizate pentru majoritatea dispozitivelor semiconductoare. Ei au o concentrație purtătoare cauzată de prezența impurităților concentrație semnificativ mai mare de purtători intrinseci. Acești semiconductori au un decalaj de bandă suficient de largă și concentrația perceptibila de purtători intrinseci apare numai la temperaturi relativ ridicate.
În intervalul de temperatură de funcționare a furnizorilor de purtatori de sarcina sunt impurități. La concentrații mici de impurități probabilitate de tranziție directă de electroni de la un atom la altul impuritate este neglijabilă. Cu toate acestea, impuritățile pot fie să livreze electroni în banda de conducție a semiconductorului, sau să le ia la nivelul benzii de valență.
Sub impuritățile din compuși chimici semiconductori pentru a înțelege nu numai includerea atomilor elementelor străine, dar, de asemenea, excesul de compoziție stoechiometrică chiar atomii elementelor care fac parte din formula chimică a compusului însuși. În plus, rolul impurităților joacă diverse defecte zăbrele: noduri goale, atomii sau ionii capturați în interstițiile dizlocarea zăbrele sau compensează care apar în timpul deformării plastice a cristalului, microfisurile etc. Dacă atomii de impuritate sunt la punctele zabrele, ei .. numit impurități substitutionali, în cazul în care mesajul intercalat - impuritățile interstițiale.
Donatorii și acceptori. Dacă valența impurității atomi mai mult decât valența atomilor de bază, de exemplu, în atomii de arsenic zăbrele pentavalent introdus siliciu tetravalent Si Ca, al cincilea electron de valență al atomului de impuritate este legătură covalentă neocupat. Intr-adevar, atom arsenic pentru a completa legăturile covalente cu atomii din substanța de bază sunt necesare numai patru electroni de valență (Fig.4.5). Al cincilea atom arsenic de electroni într-o legătură covalentă nu este implicată, devine de prisos. Cu atomul său este asociat puterea interacțiunii Coulomb. Energia acestei comunicări este mică (câteva sutimi de un electron volt). Deoarece la temperatura camerei, energia termică kT = electroni 0,026eV. este evident că, chiar și la temperatura camerei, sunt ionizați arsenic atomi de impuritate m. e. al cincilea electron este ușor detașat de atomul devine liber (figura 4.5).
După pierderea atomului de impuritate de electroni devine ionizat și dobândește o sarcină pozitivă. Un astfel de semiconductor cu o impuritate de pentavalent numit electronic sau semiconductor de tip n (din latină negativ - negativ), iar atomii de impuritate a dona electroni sunt numite donatori.
În prezența diagrama energetică a impurităților în rețeaua cristalină caracterizată prin apariția unui semiconductor nivel energetic local situată în banda interzisă. Deoarece pentru ionizare atom arsen format neocupat în legarea covalentă a electronilor și separarea ei de atomii necesită semnificativ mai puțină energie decât pentru a rupe legăturile covalente ale atomilor de siliciu, atunci nivelul de energie al impurității donor trebuie să fie localizat în diferența de la o distanță mică de zona liberă de la marginea inferioară ( din „inferioară“ a benzii de conducție) (Figura 4.6).
Figura 4.6. Diagrama de energie de tip n semiconductoare.
Deoarece un atom de impuritate în n-semiconductor, există 10 6 -10 7 atomi, substanța de bază și distanța dintre ele este mare, nu au practic nici o influență asupra reciproc. Prin urmare, nivelurile de impuritate nu sunt împărțite în diagrama de energie și acestea sunt reprezentate ca un nivel la care există „extra“ electroni de valență nu sunt implicate în legături covalente. Intervalul de energie se numește energie de ionizare a donatorului. = 0,05eV siliciu, germaniu = 0,01eV, deci, la temperatura camerei, aproape toți donatorii ionizat.
Odata cu ionizarea impuritatea în tip n semiconductor și generarea de căldură are loc, al cărui rezultat este format dintr-o pereche de purtători - electroni și goluri. Cu toate acestea, numărul lor la temperatura de funcționare mult mai puțin decât numărul de electroni, care dă o impuritate donor. Acest lucru se explică prin faptul că în primul rând, energia egală cu diferența de bandă mult mai mare decât energia de ionizare a donatorilor. În al doilea rând, atomii donori ocupă electronii din banda de conducție nivelurile de energie de fund și electronii din banda de valență, poate duce la ruperea legăturilor covalente merge doar niveluri mai ridicate de banda de conducție. Pentru o astfel de electroni de tranziție trebuie să aibă energie mai mare decât semiconductor intrinsec. Astfel, concentrația gaura de tip n semiconductor este mult mai mică decât concentrația de electroni. Din acest motiv, semiconductor de tip n, electronii se numesc purtători majoritari și găurile -neosnovnymi.
În cazul în care atomii de siliciu cu zăbrele sunt sunt introduse impurități trivalenți, de exemplu, atomii de aluminiu Al, atunci unul dintre legăturile covalente este incompletă (figura 4.7). Cu un impact termic redus al e unul dintre link-urile adiacente pot merge neumplut în comunicare, și în locul unde a venit de la un electron, există o gaură. Această gaură este mutat relațiile de bază și substanță, prin urmare, participă la conductivitatea semiconductorului. Atunci când acest atom de impuritate din aluminiu dobândește o sarcină negativă. Astfel de electroni de captare semiconductor, numit gaura sau semiconductor de tip p (din latină pozitiv - pozitiv), și atomii de impuritate sunt numite acceptori.
Figura 4.7. model plan de siliciu dopat cu zăbrele din aluminiu.
Pentru a forma o gaură liberă datorită trecerii unui electron de la un atom la un atom de impuritățile substanței de bază necesită semnificativ mai puțină energie decât pentru ruperea legăturilor covalente de siliciu. Prin urmare, numărul de găuri poate fi mult mai mare decât numărul de electroni liberi și conductivitatea semiconductorului este p-tip. Acest purtători majoritari semiconductoare sunt găuri, iar minoritatea - electroni. Electronii, „abandonate“ pe nivelurile de impuritate nu sunt implicate în curentul electric.
In diagrama de energie p-semiconductor (ris4..8) în banda interzisă apare nivelul impurităților dispuse la o distanță scurtă de la marginea superioară a benzii de valență (deasupra „plafon“ al benzii de valență). Nivelul impurității este umplut cu electroni care traversează o din banda de valență, deoarece ușoară energie (0,01-0,1eV) necesare pentru o astfel de tranziție. Prin urmare, o concentrație mare de găuri este setat la p-semiconductor. La temperatura camerei, aproape toate acceptori ionizate, prin urmare, densitatea gaura este aproximativ egală cu concentrația acceptor.
Figura 4.8. S tip diagrama de energie din materiale semiconductoare.
De tip p semiconductor, precum și generarea electronică, de căldură are loc în urma căruia, o pereche de purtători: electroni care trece într-o zonă liberă și gaura rămasă în banda de valență. Cu toate acestea, cantitatea de abur generat este mic. Acest lucru se explică prin aceleași motive ca în tip n semiconductor. La un nivel acceptor trece electroni cu un nivel de energie situate în apropierea benzii de valență. Trecerea electronilor din banda de valență discontinuității banda de conducție pentru a face o legătură covalentă, electroni dispuse la nivelele inferioare ale benzii de valență, care este necesară pentru a petrece o energie mai mare decât semiconductorul intrinsec. Prin urmare, concentrația de găuri este concentrație mult mai mare de electroni.
Astfel, atomii de impuritate formează un niveluri suplimentare de energie impuritate în banda interzisă a semiconductorului. Aceste impurități pot furniza fie electronii din banda de conducție a semiconductorului, sau să le ia la nivelul benzii de valență. Impuritatea conductivitate necesită pentru aspectul său este mult mai puțină energie (sutimi și zecimi de un electron volt) decât pentru aspectul lor proprii de conductivitate. Prin urmare, o conductivitate impuritate detectată la o temperatură mai mică decât conductivitatea naturală a semiconductorului. Cu cât diferența de bandă, temperatura este arătată în conductivitate privată mai mare.
Dispozitivele semiconductoare sunt utilizate în mod exact impuritatea conductivitate. Apariția unui număr mare de purtători minoritari perturbă funcționarea normală a dispozitivelor semiconductoare. Prin urmare, temperatura de funcționare a semiconductorului este stabilit astfel încât generarea termică a transportatorilor minoritari nu afectează funcționarea dispozitivului semiconductor. La germaniu bandgap egal 0,72eV, în timp ce 1,12eV siliciu. Prin urmare, temperatura de funcționare admisă la dispozitivele germaniului este de 70 ° C, în timp ce siliciu în funcție de gradul de purificare a materialului 120-200 ° C
Rețineți că, în semiconductor poate conține simultan donor și acceptor de impurități astfel de semiconductori numite compensate.