Полупроводники р-типа
При введении в кристаллическую решётку полупроводникового кремния трёхвалентных атомов третьей группы (В,Аl) в позиции замещения, примесным атомам не будет хватать одного электрона для образования четырёх устойчивых ковалентных связей с ближайшими соседями. Если недостающий электрон будет «позаимствован» у соседнего атома кремния, то вакантная связь переместится к нему. Примесный атом превратится в неподвижный отрицательно заряженный ион, а в валентной зоне образуется дырка (рис. 1.1.5).
а)
б)
Рис.1.1.5. Образование свободных носителей заряда в кремнии р-типа: а- термоактивированный захват акцепторной примесью электрона валентной зоны и образование свободной дырки; б- энергетическая зонная диаграмма, иллюстрирующая образование свободных носителей в полупроводнике р –типа
Свободного электрона при этом не возникнет. Описанному процессу будет сопутствовать термически активированная генерация электронно-дырочных пар путём межзонных переходов электронов. Однако доля образованных таким путём свободных носителей в состоянии равновесия при низких и комнатных температурах будет очень малой. Примесь, вносящую вклад в дырочную проводимость, называют акцепторной. Введение её в узлы решётки полупроводника приводит к появлению локальных уровней, легко принимающих свободные электроны из валентной зоны. Свободные уровни типичных акцепторов в кремнии лежат в запрещённой зоне на энергетическом расстоянии порядка 0,05-0,1 эВ от потолка валентной зоны. Например, величина (EA-EV) составляет 0,045 эВ для В, 0,057 эВ для Al, 0,065 эВ для Ga, 0,16 эВ для In. Акцепторный уровень электронейтрален, когда свободен, и заряжен отрицательно, когда занят электроном (см. рис. 1.1.5б). Когда в полупроводниковом материале преобладают примеси акцепторного типа, число электронов в зоне проводимости гораздо меньше числа дырок в валентной зоне. Электроны в этом случае называют неосновными носителями, дырки - основными носителями, а материал называют полупроводником р- типа. При протекании тока его большая часть обусловлена движением положительно заряженных носителей - дырок валентной зоны.