Физика. Часть 4. Атомная физика. Терлецкий И.А - 44 стр.

    Полупроводники p-типа с дырочной проводимостью образуются при
замещении атома полупроводника атомом примеси, валентность которого на
единицу меньше. Если в кристалл германия ввести трехвалентную примесь,
например индий, то для образования ковалентных связей с четырьмя
электронами соседних атомов германия у атома индия не хватает одного
электрона. Одна из связей оказывается неукомплектованной и представляет
собой место, способное захватить электрон. Четвертый электрон может быть
присоединен от ближайших атомов германия, имеющих полностью
заполненную электронную оболочку.
    В соответствующем месте, откуда ушел электрон, образуется дырка, а атом
индия, захвативший “лишний” электрон, становится отрицательно заряженным
ионом. Этот процесс идет с небольшим повышением энергии электрона, т.к.
электрон сильнее связан с собственным атомом германия, чем с “ чужим”
атомом индия ( энергия увеличивается на ≈ 0,01 – 0,02 эВ). При T = 0 К такой
процесс невозможен. Но при повышении температуры за счет небольшой
тепловой энергии, электрон может совершить такой переход от атома германия
к индию. Введение примеси индия на энергетической диаграмме соответствует
возникновению в запрещенной зоне локальных уровней, удаленных от потолка
валентной зоны на расстоянии ∆Ea ≈ 0,01 – 0,02 эВ (рис.2.3,б). При T = 0 К эти
уровни пусты, при температуре, отличной от нуля, они могут быть заняты
электронами.
    Атомы примесей,        захватывающие электроны из валентной зоны,
называются акцепторами, а энергетические уровни этих примесных атомов –
акцепторными уровнями.
    Уровень Ферми в полупроводнике, легированном акцепторной примесью,
разделяющий полностью заполненные и полностью пустые энергетические
уровни, при T = 0 К располагается в запрещенной зоне приблизительно
посередине между акцепторными уровнями и потолком валентной зоны.
    При повышении температуры электроны валентной зоны переходят на
примесные уровни, образуя в валентной зоне дырки, и обуславливают
примесную дырочную проводимость полупроводника ( проводимость р-типа).
Концентрация этих дырок р, оказавшихся в валентной зоне, определяется
также, как и для электронов n в формуле (2.6):
                                               EА
                                          −
                                              2 kT
                                  pe                 ,                   (2.8)
где EА – расстояние между акцепторным уровнем и потолком валентной зоны;
k – постоянная Больцмана.
     Соответственно зависимость электропроводности σ от температуры T
примесного полупроводника р-типа определится выражением аналогичным
(2.7):
                                              E
                                             − A
                                 σ = σ0   ⋅ e kT
                                              2          .               (2.9)


                                       44