Физические свойства полупроводников. Носители заряда в примесных полупроводниках.

Помимо чистых проводников широко используются примесные полупроводники:

n-типа с избытком отрицательных зарядов;

p-типа с избытком положительных зарядов(дырки);

Для получения полупроводников n-типа в чистый полупроводник вводят примесь, создающую в полупроводник только свобоные электроны. Примесь является поставщиком электронов и ее называют донорной.

Для германия и кремния – 4-я группа периодической системы донорной служат элементы 5-й группы (сурьма, фосфор, мышьяк), атомы которых имеют 5 валентных электронов 4электроны каждого атома донорной примеси участвуют в ковалентной связи с соседними атомами исходного материала, а 5-й избыточный становится свободным. Электроны в таких полупроводниках являются основными носителями заряда, а дырки- неосновными.Рис.1.1.

Ge+Sb n-типа.

Рисунок.1.1

В полупроводниках p-типа введение примеси направлено на повышение конценрации дырок. Задача решается использованием элементов 3-й группы (индий, галий, аллюминий, бор), атомы которых имеют три валентных электрона.

Рисунок.1.2

При наличии такой примеси каждый ее атом образует только три заполненых ковалентных связей с соседними атомами исходного полупроводника. 4-я связь остается незаполненой. Недостающий валентный электрон принимается от одного из соседних атомов кристаллической решетки. Переход этого электрона приводит к образованию дырки в ковалентной связи соседнего атома. Примесь за счет которой достигается повышение концентрации дырок в полупроводниках называется акцепторной. Ток в дырочном полупроводнике переносится восновном дырками. Дырки являются основными носителями заряда а электроны неосновными.Рис.1.2

Свойства электронно-дырочного p-n перехода.

Свойства p-n перехода при отсутствии внешнего электрического поля.

Принцип действия многих полупроводниковых приборов определяется процессами протекающими в p-n переходе.

Рисунок.2.1

Диффузионный ток (I_диф)- ток основных носителей.

Дрейфовый ток (I_др) – ток неосновных носителей.На границе раздела двух областей имеет место контактная разность потенциалов (φ _к), имеет место термодинамическое равновесие: I_диф - I_др=0

При отсутствии внешнего электрического поля ток через эту структуру будет равен нулю. Диффузионный и дрейфовый токи направлены встречно

Е_зап(запирающая поле) является запирающим для основных носителей

(область p-n перехода) называется областью повышенного сопротивления.

Прямое включение p-n перехода

Рисунок.2.2

Имеет место внешнее электрическое поле

Потенциальный барьер уменьшился для основных носителей зарядов, ширина p-n перехода уменьшилась, сопротивление уменьшилось. В результате этого термодинамическое равновесие нарушилось. I_прямое =I_диф - I_др

I_прямое- ток основных носителей.

Такое включение p-n перехода называется прямым (открытым).

2.3 Обратное включение p-n перехода.

Это когда к области р подключается минус источника напряжения, а к области n плюс источника напряжения. Напряженность увеличится

Высота потенциального барьера и ширина p-n перехода возрастут

φ = φ _к+U_вн (См. рисунок 2.3)

Рисунок.2.3

Дрейфовый ток увеличится, а диффузионный ток уменьшится. Через p-n переход возникает результирующий ток, определяемый движением неосновных носителей зарядов.

I_др - I_диф= I_обр

I_обр- обратный ток.

Такое включение называется обратным, а переход закрытым. p-n переход обладает вентильными или выпрямительными свойствами, т.е. способен пропускать ток, только в одном направлении.

Вольт-амперная характеристика p-n перехода

Это зависимость тока от напряжения I=f(U)