Физические основы электроники. Глазачев А.В - 10 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
10
Рассмотрим монокристалл полупроводника, например
кремния, в кристаллическую решетку которого введено не-
которое количество атомов примеси (рис. 1.8), например
сурьмы (
Sb
), находящейся в V группе периодической сис-
темы элементов Менделеева. Атом примеси располагается
в узле кристаллической решетки, а его валентные электро-
ны устанавливают прочные ковалентные связи с соседними
атомами полупроводника. Но поскольку у атома сурьмы на
наружной электронной оболочке находятся пять валентных
электронов, то четыре из них устанавливают ковалентные
связи с четырьмя соседними атомами кремния, подобно
существующим связям в основных атомах кристаллической
решетки, а пятый валентный электрон такой связи устано-
вить не может, так как в атомах кремния все свободные
связи (уровни) уже заполнены. Поэтому связь с ядром этого
пятого электрона атома примеси слабее по сравнению
с другими электронами. Под действием теплового колеба-
ния атомов кристаллической решетки связь этого электрона с атомом легко разрушается, и он перехо-
дит в зону проводимости, становясь при этом свободным носителем электрического заряда
(рис. 1.9, а).
Атом примеси, потеряв
один электрон, становится поло-
жительно заряженным ионом с
единичным положительным за-
рядом, но он остается в узле кри-
сталлической решетки, и в отли-
чие от «дырки», тоже имеющей
единичный положительный за-
ряд, он не может перемещаться
внутри кристалла, так как связан
с соседними атомами полупро-
водника межатомными связями,
и может лишь совершать колеба-
тельные движения около поло-
жения равновесия в узле кри-
сталлической решетки. При этом
электрическая нейтральность
кристалла полупроводника не
нарушается, так как заряд каждого электрона, перешедшего в зону проводимости, уравновешивается
положительно заряженным ионом примеси. Таким образом, полупроводник приобретает свойство
примесной электропроводности, обусловленной наличием свободных электронов в зоне проводимости.
Этот вид электропроводности называется электронной и обозначается буквой
n
(негативная, отрица-
тельная проводимость), а полупроводники с таким типом проводимости называются полупроводника-
ми n-типа.
В отличие от идеальных, чистых полупроводников диаграмма распределения электронов по
энергетическим уровням в полупроводниках n-типа изменяется (рис. 1.9, б). Уровень Ферми в этом
случае будет смещаться вверх, к границе зоны проводимости
п
W , так как малейшее приращение энер-
гии электрона приводит к его переходу в зону проводимости.
1.5.2. Акцепторные примеси
Акцептор – это примесный атом или дефект кристаллической решетки, создающий в запрещен-
ной зоне энергетический уровень, свободный от электрона в невозбужденном состоянии и способный
захватить электрон из валентной зоны в возбужденном состоянии.
Рис. 1.8. Структура полупроводника
с донорными примесями
W
n
f
p
f
0
0
0
,
1
0
,
1
5
0
KT 0
>
KT 0
=
F
W
п
W
в
W
Уровни доноров
а б
Валентная зона
Зона проводимости
Рис. 1.9. Зонная диаграмма (а) и распределение электронов
по энергетическим уровням (б) полупроводника с донорными примесями

Страницы