Электропроводность примесных полупроводников
Полупроводник, имеющий примеси, называют примесным, а его электропроводность, обусловленную наличием примеси, - примесной.
Дефекты в кристалле создают локальные энергетические уровни в запрещенной зоне собственного полупроводника.
Рассмотрим образование локальных энергетических уровней в случае примесных атомов замещения.
- Рис. 5.4..
Рассмотрим кристалл кремния (Si , IV), в который введена примесь фосфора (P ,V).
· Каждый атом Si связан ковалентными связями с четырьмя другими атомами
· Валентные электроны прочно связаны с кристаллической решеткой и не участвуют в проводимости.
· Если в этом кристалле атомы Si будут частично замещены атомами P, имеющими пять валентных электронов, то четыре из них идут на образование ковалентной связи с четырьмя соседними атомами, а пятый окажется лишним.
· Этот лишний электрон слабо удерживается атомом. Его энергия
- оказывается значительно выше энергии электронов, занятых в ковалентных связях (энергия электрона , участвующего в связи, минимальна),
- однако эта энергия оказывается несколько ниже энергии электронов, находящихся в зоне проводимости, так как пятый электрон все еще остается связанным со своим атомом.
- Энергетический уровень пятого электрона поэтому располагается в запрещенной зоне вблизи дна зоны проводимости. Это локальный энергетический уровень (рис.5.5).
· Зона проводимости кристалла для лишних электронов является областью их ионизации.
· Энергия 
, необходимая для перехода электрона с уровня примеси в зону проводимости, меньше, чем энергия перехода электрона из валентной зоны 
.
Благодаря этому при малых температурах концентрация электронов примеси оказывается много больше концентрации собственных носителей.
В силу этого
· доминирующую роль в проводимости будут играть электроны, поэтому их будем называть основными носителями заряда,
· а дырки – неосновными носителями заряда.
Такой полупроводник называют электронным, или n-типа, а примесь, дающую электроны – донорной.
- Если четырехвалентный атом Si замещен трехвалентным атомом элемента третьей группы,
например, В (Al, Ga) (рис.5.6)., то трех его валентных электронов не хватает для заполнения валентных связей с соседними атомами, и образуется вакантная связь, которая может быть заполнена переходом электрона от соседнего атома.
Рис.5.7. Переход электрона из заполненной связи в вакантную – это переход электрона из заполненной валентной зоны на локальный уровень примеси.
Этот переход
- освобождает один из уровней в верхней части валентной зоны
- и создает в кристалле дырку.
Переход электронов из валентной зоны на уровни примеси требует меньшей энергии, чем переход их в зону проводимости кристалла ( 
). Атомы примеси такого рода называют акцепторными.
Для образования свободной дырки за счет перехода электрона от атома Si к атому акцепторной примеси требуется значительно меньше энергии, чем для разрыва ковалентной связи кремния.
В силу этого количество дырок значительно больше количества свободных электронов и поэтому в таком полупроводнике
· основными носителями заряда будут дырки,
· а электроны – неосновными носителями.
Полупроводник с акцепторной примесью носит название дырочного или p-типа.