Примесная проводимость полупроводника

Действие всех полупроводниковых приборов основано на примесной проводимости полупроводников, которая осуществляется путем введения в кристаллическую решетку полупроводника атомов других веществ – примесей. В зависимости от рода введенной примеси в таких полупроводниках преобладает либо электронная (n-типа) либо дырочная (p-типа) электропроводность.

В зависимости от сорта примесных атомов различают донорные и акцепторные примеси.

Примесный атом, отдающий электрон под действием тепловой
энергии решетки, называют донорным. Донорные примеси образуются
при введении в кристаллическую решетку германия атомов мышьяка,
сурьмы или других веществ, которые имеют на внешней электронной оболочке по пять валентных электронов.

Примесный атом замещает один из атомов германия в кристаллической решетке, образуя двухвалентные связи с соединенными четырьмя атомами германия.

Пятый валентный электрон атома мышьяка, оказывающийся «лишним», может оторваться от этого атома, превращая его в положительный ион, и перейти в зону проводимости.

Акцепторные примеси образуются введением в кристаллическую решетку полупроводника атомов индия, галлия или других трехвалентных элементов. Атом акцептора также занимает место в кристаллической решетке, но обменивается с соседними четырьмя атомами только тремя электронами.

На образование двухэлектронной связи с одним из соседних атомов германия у атомов индия не хватает одного электрона, т. е. между этими двумя атомами получается незаполненная валентная связь, или дырка.

Электрон одного из соседних атомов германия может занять незаполненную валентную связь, вызывая появление новой дырки. Таким образом проходит непрерывное исчезновение и возникновение по соседству незаполненных связей. Процесс заполнения незаполненной валентной связи электроном называется рекомбинацией.

Основными носителями тока в полупроводнике являются дырки или электроны, но в каждом из них есть и носители противоположного знака – неосновные носители тока.