Собственные и примесные полупроводники

Собственными называются полупроводники, не содержащие примесных атомов. Концентрации электронов и дырок в собственных полупроводниках одинаковы и для определенного полупроводника зависят только от температуры:

Примесными называются полупроводники, легированные определенными примесными атомами с целью регулировки концентраций электронов п и дырок р. Для этого используются примесные атомы — доноры и акцепторы, создающие в запрещенной зоне мелкие примесные уровни. Доноры с концентрацией N_d создают примесные уровни Е_(/, расположенные вблизи дна зоны проводимости, и характеризуются энергией активации.

Акцепторы с концентрацией N_a создают примесные уровни Е_я, расположенные вблизи потолка валентной зоны и имеющие энергию активации.

Энергии активации обычно не превышают 0,1 эВ. Примесные уровни и энергии активации показаны на рис. 1.2.1.

Рис. 1.2.1. Энергетическая диаграмма полупроводника:

F— уровень Ферми в полупроводнике и-типа Валентная оболочка доноров содержит на один электрон больше, а акцепторов — меньше, чем у атомов полупроводника. Поэтому доноры и акцепторы могут ионизироваться, отдавая один электрон в зону проводимости или поглощая один электрон из валентной зоны. При этом нейтральные атомы доноров и акцепторов превращаются в примесные ионы с концентрациями, соответственно, N] и N~.

Если электронейтральный полупроводник содержит только донорную примесь, концентрация электронов превышает концентрацию дырок.

В случае легирования акцепторами концентрация дырок больше, чем электронов:

В первом случае говорят о полупроводнике «-типа, электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными. Во втором случае полупроводник имеет р-гии проводимости, основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны.

Если концентрации донорных и акцепторных ионов одинаковы, то избыточные электроны доноров поглощаются акцепторами. В этом случае полупроводник называется компенсированным, а концентрации электронов и дырок равны собственным концентрациям «,.

В электронных приборах полупроводник обычно содержит оба типа примесей. При этом тип его проводимости зависит от того, каких примесных ионов больше: при N*_d > N~ реализуется «-тип, а при N~>Nj — p-тип проводимости.