Основы полупроводниковой электроники. Яровой Г.П - 25 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

49
кремния оказываются занятыми. Атом фосфора в решетке
кремния также устанавливает связи с четырьмя ближайшими
атомами кремния. При этом пятому электрону валентной обо-
лочки фосфора уже не остается места на этой оболочке и он
вынужден перейти на более удаленную орбиту. Однако при
этом между ним и ионом фосфора теперь находятся легко по-
ляризующиеся электронные облака валентных связей (отно-
сительная диэлектрическая проницаемость кремния, обеспе-
чиваемая этими облаками, ε=16). Притяжение электрона к ио-
ну фосфора ослабляется в ε раз, и его орбита еще увеличива-
ется.
На большом удалении поле иона фосфора практически
совпадает с полем точечного заряда +е. Тогда уравнение
Шредингера для рассматриваемого электрона в поле иона вы-
глядит так же, как для электрона в атоме водорода, с тем от-
личием, что вместо диэлектрической проницаемости ε
0
в нем
должна фигурировать величина εε
0
и вместо реальной массы
электрона – его эффективная масса в зоне проводимости.
Действительно, ведь рассматриваемый электрон движется по
кристаллу вне системы валентных связей, т.е. как электрон
зоны проводимости.
Если электрону сообщить энергию порядка 0,01 эВ, он
оторвется от атома и приобретет способность свободно
перемещаться в решетке кремния, превращаясь таким
образом в электрон проводимости.
На языке зонной теории этот процесс можно описать сле-
дующим образом. Между заполненной валентной зоной и
свободной зоной проводимости расположены энергетические
уровни пятых электронов атомов фосфора. Эти уровни раз-
мещены непосредственно у дна зоны проводимости, находясь
от нее на расстоянии E
d
=0,044 эВ. При сообщении электро-
нам таких примесных уровней энергии E
d
они переходят в зо-
ну проводимости. Образующиеся при этом положительные
заряды локализуются на неподвижных атомах фосфора и в
электропроводности не участвуют.
50
Примеси, являющиеся источником электронов проводи-
мости, называют донорами, а энергетические уровни этих
примесей − донорными уровнями. Полупроводники, содер-
жащие донорную примесь, называют электронными полу-
проводниками или полупроводниками п-типа, часто их на-
зывают также донорными полупроводниками.
Акцепторные уровни. Предположим теперь, что в ре-
шетке кремния часть атомов кремния замещена атомами
трехвалентного бора. Для образования связей с четырьмя
ближайшими соседями у атома бора не хватает одного элек-
трона. Поэтому около него одна связь должна быть уком-
плектована не полностью. На самом деле эта неукомплекто-
ванная связь не обязательно должна оставаться непосредст-
венно у атома бора. Ведь электроны валентной зоны вовсе не
закреплены каждый в определенной связи, а перемещаются
по системе валентных связей. Таким образом, пока ясно
лишь, что в системе валентных связей имеется вакансия. Но,
как было показано ранее, в этом случае поведение всех ос-
тальных электронов эквивалентно поведению одной квази-
частицы − дырки. Итак, введение атома
III группы в кремний привело к возникновению дырки в ва-
лентной зоне. Однако эта дырка должна быть связана с ато-
мом примеси. Действительно, когда около атома бора все
E
E
C
E
d
E
V
Рис. 3.5. Зонная диаграмма и примесные уровни для электрон-
ного полупроводника

Страницы