Полупроводниками называют вещества, чья удельная сопротивляемость с ростом температуры падает. К ним относятся материалы с кристаллической структурой, для высвобождения электрона из которых нужна энергия не более 1,5-2 эВ. Добиться необходимой проводимости им позволяет легирование. Ознакомимся, какой полупроводник называется примесным, что собой представляют донорные и акцепторные примеси. Разберёмся, как они влияют на сопротивление материалов с кристаллической структурой.
Примесная электропроводность полупроводников
Самые распространённые полупроводниковые материалы – кремний и германий. Их атомы объединяются ковалентной связью. При повышении температуры химического элемента часть электронов освобождается от ковалентной связи, однако соседние атомы их не захватывают из-за насыщения связей. Вследствие образовываются свободные носители электрического заряда – электроны.
Удаление электронов из атома превращает его в положительно заряженный ион. Для удержания равновесия он захватывает свободную элементарную частицу. Электроны и дырки – места без заряда – перемещаются по ионам хаотично. Для упорядочивания их движения к кристаллу нужно приложить электрическое поле.
Примесный полупроводник – это легированный акцепторными или донорными примесями кристалл с улучшенной по сравнению с чистым полупроводником проводимостью.
Донорная примесь
Донорным или отдающим называется полупроводник, в кристаллическую решетку которого вводится вещество, отдающее электроны. Эти химические элементы или их сплавы бывают одно- и многозарядными. Для кристаллов 4-й группы таблицы Менделеева донорами могут выступать пятивалентные элементы 5-й группы: фосфор, мышьяк. Четыре электрона образуют ковалентную связь с 4-валентными кристаллами, а пятый остаётся слабо связанным, при нагреве материала переходит в зону проводимости – становится свободным. Так формируются полупроводники n-типа. В нём носителями заряда выступают электроны проводимости.
Акцепторная примесь: это что
Акцепторный полупроводник – кристалл, образованный путём добавления принимающих примесей – химических элементов для снижения его сопротивления электрическому току. К таким относят элементы 3-й группы таблицы Менделеева: бор, галлий. Это легирующие примеси, образующие области с дырочной (p) проводимостью.
При введении трёхвалентной добавки (алюминий) в четырёхвалентный кремний атомы металла замещают атомы Si. У примеси три электрона, поэтому они образуют химическую связь с частицами кремния и появляется свободное место для элементарной частицы – дырка. Четвёртая связь устанавливается после повышения температуры полупроводникового материала.
От соседнего атома на неё перемещается электрон – происходит хаотическое блуждание дырок. При приложении к полупроводнику электрического поля по нему начинает течь ток – движение дырок упорядочивается.
Работа полупроводниковых электронных элементов основано на свойствах p-n-переходов – диффузия носителей зарядов из n-области в p и обратно.
Как вы считаете, материал был полезен?