Электропроводность n-типа.

Полупроводниковые материалы.

Полупроводники - это широкий класс материалов, которые по своей электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При комнатной температуре удельное сопротивление

Наиболее широкое распространение получили полупроводниковые элементы германий (Ge) и кремний (Si), расположенные в четвертой группе периодической таблицы Менделеева, а также ряд соединений - арсенид галлия (GaAs), окись цинка (ZnO) и т.д.

Полупроводниковые материалы четвертой группы образуют кристаллическую решетку с парными ковалентными связями между атомами кристаллической решетки. Число ковалентных парных связей равно числу валентных электронов, т.е. четырем (рис. 10.1, а).

При температуре T=0°K в чистом полупроводнике отсутствуют носители электрического заряда. При повышении температуры некоторые ковалентные связи в кристаллической решетке нарушаются, что обусловлено температурными колебаниями атомов. При этом выделяются носители зарядов двух типов: отрицательные заряды - электроны и положительные заряды - “дырки”. Таким образом, при воздействии температуры в полупроводнике появляются носители электрических зарядов двух знаков.

Процесс образования носителей заряда под воздействием температуры называется термогенерацией носителей. Обратный процесс называется рекомбинацией носителей.

В количественном отношении носители заряда в полупроводнике взаимно компенсируют друг друга. Электропроводность полупроводника, обусловленная образованием носителей заряда под действием температуры, называется собственной.

Рис 10.1 -- Электропроводность полупроводников: (а) - чистый полупроводник, (б) - электропроводность n-типа, (в) -электропроводность p-типа

На электропроводность полупроводников сильное влияние оказывают примеси. Если в полупроводниковый материал четвертой группы периодической таблицы добавить в виде примеси материал из пятой группы (например, фосфор Р), то четыре валентных электрона примеси образуют ковалентные связи с четырьмя валентными электронами полупроводника, а пятый валентный электрон примеси такой связи не образует, т.е. появляются носители электрического заряда - свободные электроны, которые могут свободно перемещаться по объему полупроводника.

Электропроводность полупроводника, обусловленная носителями электрического заряда отрицательного знака, т.е. свободными электронами, носит название электропроводности n-типа, а полупроводник, реализующий электропроводность n-типа, называется полупроводником n-типа (Рис. 10.1, б). Примесь, которая обусловливает электропроводность n-типа, называется донорной (отдающей). При образовании свободного электрона атом примеси приобретает положительный заряд и становится неподвижным ионом.