Собственные и примесные полупроводники

ЧИСЛО возможных уровней в зоне ровно в два раза больше, чем число электронов, вследствие чего она является зоной проводимости. Этим объясняется также высокая электрическая проводимость этих металлов. Существует несколько основных типов взаимного расположения энергетических зон (рис. А.62), соответствующих изолятору, одновалентному металлу, двухвалентному металлу, полупроводнику с собственной проводимостью, примесному полупроводнику и-типа и примесному полупроводнику р-типа. Соотношение энергетических зон (рис. А.62) определяет также тип проводимости твердого тела. [c.142]

Примесные полупроводники п-типа (рис. А.62,5). При внесении в собственный полупроводник посторонних атомов, способных быть донорами электронов, возникающие примесные энергетические термы находятся вблизи зоны проводимости L. Переход электронов в зону проводимости L требует лишь незначительных затрат энергии. [c.142]

Рассмотренное строение двойного слоя характерно для собственных полупроводников, в которых нет ни объемных примесей (добавок), ни так называемых поверхностных состояний, обусловленных чаще всего адсорбцией чужеродных атомов. Часто полупроводник в качестве примеси содержит атомы такого вещества, благодаря которому резко увеличивается число свободных электронов п. Такие добавки называются донорами электронов. Для германия такой добавкой служит мышьяк. Поскольку произведение пр в присутствии доноров электронов остается постоянным [уравнение (28.3)1, то увеличение п приводит к соответствующему уменьшению числа дырок р--=К 1п. Поэтому проводимость таких примесных полупроводников п-типа осуществляется в основном за счет свободных электронов в зоне проводимости. Если же атомы примеси резко увеличивают число дырок в валентной зоне, то растет дырочная проводимость и соответственно уменьшается число свободных электронов п = Кз/р- Такого рода примеси называются акцепторами электронов, а полупроводники с дырочной проводимостью — полупроводниками /7-типа. Акцепторами электрона для германия служат атомы галлия. В присутствии примесей соотношение (28.2) в объеме полупроводника уже не остается справедливым. Вместо него следует записать [c.141]

Варьируя химическую природу и концентрацию вводимых примесей, можно изготовить полупроводник с заданной электрической проводимостью и заданным характером носителей тока электронов (/1-полупроводник) или дырок (р-полупроводник). Существует правило, согласно которому для получения примесного полупроводника с заданным характером проводимости необходимо, чтобы концентрация в нем собственных носителей тока [c.340]

Эта формула также основана на предположении, что концентрация дырок в примесном полупроводнике много больше, чем в собственном. [c.128]

На рнс. 32 изображен график температурной зависимости концентрации основных носителей заряда в примесном полупроводнике. Отрезок аб, соответствующий очень низким температурам, имеет тангенс угла наклона, равный энергии активации примесей отрезок бв проходит в той области температур, где почти все атомы примеси ионизованы, а концентрация собственных носителей еще мала отрезок вг имеет тангенс угла наклона, равный ширине запрещенной зоны и проходит в области высоких температур, где [c.134]

Итак, если не рассматривать область низких температур (О—100° К), можно утверждать, что при повышении температуры удельная проводимость собственных полупроводников возрастает, а удельная проводимость примесных полупроводников падает. [c.136]

Помимо полупроводников описанного типа, которые обладают собственной проводимостью, имеются также так называемые примесные полупроводники. Роль примеси состоит в том, что она создает уровни внутри запрещенной зоны, благодаря чему оказываются возможными электронные переходы с энергией меньшей, чем ширина зоны. Примесь может быть [c.179]

В примесном полупроводнике, как следует из рис. 104, при достаточно высоких температурах проводимость полупроводника является собственной, а при низких температурах — примесной. В области истощения примеси концентрация основных носителей остается постоянной и проводимость меняется вследствие изменения подвижности с температурой. [c.252]

Первое слагаемое выражает собственную проводимость, а второе —примесную проводимость полупроводника. При низкой температуре преобладает второй член, так как АЕ <АЕ. С повыщением температуры начинает больще Проявляться собственная проводимость, а примесная теряет значение. Чем больще АЕ, тем выше должна быть температура, при которой в примесном полупроводнике станет преобладать собственная проводимость. Так, в примесном кремнии собственная проводимость проявляется при более высокой температуре, чем в примесном германии, потому что Д з1= 1,12 эВ, а = 0,72 эВ при комнатной температуре. Поэтому рабочая температура германиевых приборов не превыщает 60— 80° С, а кремниевые приборы могут работать до 200° С. Надо иметь в виду, что возникновение собственной проводимости, достигающей известной доли примесной, в примесном полупроводнике нарушает режим работы приборов. [c.304]

Более подробный анализ зонной структуры кремния и германия показывает, что уровни энергии, обусловленные примесями, не полностью абсорбируются в структуру зом Бриллюэна чистого кристалла. Скорее, они представляют собой локализованные примесные уровни, которые расположены или чуть выше уровня Ферми чистого кристалла (для примесей элементов третьей группы), или чуть ниже дна зоны проводимости чистого кристалла (для примесей элементов пятой группы). Это показано схематически на рис. 10.16. Именно термическое возбуждение электронов на или с этих примесных уровней обусловливает проводимость, и, следовательно, примесные полупроводники имеют такую же температурную зависимость проводимости, как и собственные полупроводники. [c.237]

Здесь мы рассматривали собственные полупроводники, т. е. чистые вещества, которые являются полупроводниками. В разд. 19.23 обсуждаются примесные полупроводники. [c.590]

СОБСТВЕННЫЕ И ПРИМЕСНЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ [c.592]

Сформулируем различия между собственными и примесными полупроводниками. [c.80]

Уровень проводимости примесных полупроводников. может точно определяться концентрацией вводимой примеси. Это используют при синтезе материалов с определенным уровнем проводимости. Что касается собственных полупроводников, то уровень нх проводимости существенно зависит от температуры и наличия случайных примесей. [c.80]

В собственных полупроводниках возможны значительные эффекты при условии, что концентрация носителей тока мала по сравнению со значениями Ю —10 , приведенными выще. В зависимости от того, преобладает донорный или акцепторный тип дефекта, переход может привести к образованию примесного полупроводника п- или р-типа. [c.217]

При отсутствии ловушек данные, приведенные в табл. 12, можно сравнить с концентрациями носителей тока в твердых веществах различного типа, не подвергавшихся радиации. В собственных полупроводниках эта концентрация едва превышает 10 г в очень чистом германии, например, она равна 2,5-Ю з. В примесных полупроводниках концентрация главных носителей тока обычно составляет 10 —10 тогда как соответствующая величина для второстепенных носителей тока обычно гораздо меньше и может равняться 10 . Если интенсивность радиации не очень высока, то при отсутствии ловушек влияние радиации на число носителей тока может стать значительным только в случае примесных полупроводников в других случаях изменяется лишь концентрация второстепенных носителей тока. [c.220]

Беременные эффекты заключаются в основном в создании возбужденных электронных состояний и, в частности, свободных носителей тока. Можно показать, что в случае изоляторов свойства, связанные с концентрацией свободных носителей тока, могут подвергаться значительным изменениям. В случае примесных полупроводников изменяются только свойства, зависящие от концентрации второстепенных носителей тока, если интенсивность радиации не очень высока. Наконец, свойства, зависящие от концентрации свободных носителей тока, менее всего изменяются при применении собственных полупроводников. [c.221]

В этом разделе будут последовательно рассмотрены изменения под действием облучения каталитических свойств собственных полупроводников, примесных полупроводников и изоляторов. Для простоты все электронные возбужденные состояния будут сведены к парам свободных носителей тока. [c.230]

Собственные полупроводники. Следует напомнить, что концентрация носителей тока в данном типе полупроводников сравнительно мала (от 10 ° до 10 ). Как было показано выше, для того чтобы заметно изменить концентрацию носителей тока, содержащегося в количестве 10 (случай германия), требуются интенсивности 10 —10 эе се/с-> в зависимости от продолжительности жизни этих носителей. Следует подчеркнуть, что создание пар носителей тока не изменяет характера собственного полупроводника. Напротив, дефекты решетки, если только они активны, могут вызвать такие изменения полупроводника, в результате которых он станет примесным полупроводником. В зависимости от природы и интенсивности радиации преобладающую роль играет один из этих типов нарушений, что проявляется в соответствующем различии каталитических свойств твердого тела. Если преобладают электронные дефекты, то в благоприятных случаях наблюдается лишь слабое увеличение числа положительных и отрицательных носителей тока. И как следствие этого, разница, если она вообще имеется, между каталитическими свойствами при облучении и без облучения может быть только количественной. Если, напротив, изменения обязаны преобладанию дефектов решетки, то могут возникнуть не только количественные различия, но также и качественные. В этом случае эффекты активации при облучении практически идентичны с эффектами, наблюдаемыми для активации в условиях предварительного облучения, за исключением случая, когда дефекты решетки, возникшие под действием облучения, находятся сами в возбужденном состоянии или влияют на время рекомбинации носителей тока. [c.230]

Полупроводник с энергетическим спектром, подобным изображенному на рис. 1.10, а, называется собственным. Гораздо более распространены, однако, примесные полупроводники. Для них характерен значительный разрыв между зоной проводимости и валентной зоной, так что, если бы они обладали идеальной кристаллической решеткой, они вели бы себя как изоляторы. Атомная структура примесного проводника нарушена либо присутствием посторонних примесей, либо в результате отклонения состава кристалла от стехиометрического. Дефекты кристаллической решетки вызывают появление в электронном [c.26]

Различают два рода примесей — донорные и акцепторные. Донорным примесям соответствуют локальные примесные уровни, находящиеся близ дна зоны проводимости (уровень D, рис. L10, б). С этих уровней электроны могут сравнительно легко переходить в зону проводимости, становясь свободными носителями тока. Акцепторные примеси вызывают появление локальных энергетических уровней близ верхнего края валентной зоны (уровень Л, рис. 1.10, в). При переходе электрона из валентной зоны на акцепторный уровень образуется свободная дырка в валентной зоне. В отличие от собственных, у примесных полупроводников концентрации свободных электронов и дырок, очевидно, могут не совпадать. В примесном полупроводнике, содержащем преимущественно донорные уровни, не [c.26]

Авторы электронных теорий хемосорбции и катализа на полупроводниках до сих пор рассматривали только процессы на примесных полупроводниках. Однако при температурах, привычных для промышленного катализа, полупроводниковые катализаторы часто находятся в области собственной проводимости . Мы встретились с этим обстоятельством, изучая каталитические свойства бинарных изоэлектронных аналогов германия и кремния. Для большинства из них заметное разложение изопропилового спирта и дегидрирование циклогексана начинается в области собственной проводимости. Заметим также, что действие исходных [c.12]

В случае примесных полупроводников, пока содержание примесных атомов невелико, остаются в силе основные соотношения, полученные для собственно полупроводников. С ростом содержания примесей поведение системы полупроводник— раствор уже не может быть описано приведенными уравнениями и зависит от природы примесных атомов. Так, в пределе для примесного л-полупр6 -водника, особенно ири высокой плотности поверхностных состояний, электрические свойства границы его с раствором приолнжаются к свойствам системы металл — раствор. [c.275]

Однако реальные полупроводники всегда имеют примеси, которые существенно влияют на характер электрической проводимости, в этом случае называемой примесной. Примеси бывают донорные и акцепторные. Донорные примеси имеют на валентной электронной оболочке большее число электронов, чем их число на валентной электронной оболочке атома основного элемента полупроводника. Например, примеси атомов элементов V или VI главных подгрупп периодической системы в кристаллической решетке кремния (IV главная подгруппа) будут донорными. В зонной структуре полупроводника появляются дополнительные электроны проводимости. Если атом примеси содержит меньше валентных электронов, чем атом основного элемента, то полупроводник содержит в валентной зоне дополнительные свободные МО, на которые могут переходить валентные электроны. Такие примеси называются акцепторными, они приводят к появлению дополнительных дырок проводимости. По отношению к кремнию такими примесями будут элементы III главной подгруппы. Полупроводники с преобладающим содержанием донорных примесей называются полупроводниками с электронной проводимостью или п-типа. Если же преобладают примеси акцепторные, то полупроводники называются полупроводниками с дырочной проводимостью или р-типа. Для получения примесных полупроводников полупроводники, полученные специальными кристаллофизическими методами в сверхчистом состоянии, легируются элементами акцепторами или донорами электронов в микродозах, не превышающих 10 %. Примеси резко изменяют собственную электрическую проводимость полупроводников, поскольку количество носителей заряда, поставляемых ими обычно больше, чем их число в чистом полу-прово,цнике. Так, чистый кремний имеет удельное электрическое сопротивление электронной проводимости около 150-10 Ом-м, дырочной проводимости в.4 раза, электронной проводимости после легирования фосфором и дырочной проводимости после легирования бором — в 20 раз меньше. [c.636]

Собственные и примесные полупроводники. Полупроводники, проводимость которых обусловлена ионизацией атомов чистого вещества (германия, кремния и т. д.), называются собственными. Полупроводники, у которых основную роль играет ионизация атомов легирующих добавок, называются примесньши. В основе электрических характеристик тех и других лежат химические свойства [c.453]

Изменить концентрацию носителей тока в полупроводнике можно и дозированным введением в его структуру примесей. При этом, если число валентных электронов у примесных атомов не совпадает с валентностью атомов в кристаллической решетке основного вещества, то в подобном примесном полупроводнике резко возрастает концентрация носителей тока одного вида — электронов или дырок. Например, введение одного атома мышьяка на 100 млн. атомов германия равнозначно появлению в 1 см такого вещеста дополнительных 4,5 10 подвижных электронов. Это в 15—20 раз больше концентрации собственных носителей тока в германии, поэтому перенос тока в таком примесном полупроводнике будет осуществляться главным образом электронами, прлчем его электрическая проводимость возрастает в 5—6 раз. [c.340]

Отсюда следует, что при рассмотрении процесса генерации — рекомбинации в примесном полупроводнике запрещенную зону можно условно разделить на три области среднюю область и две области, одна из которых прилегает к валентной зоне, а другая — к зоне проводимости (рис. 38). Ширина последних двух областей одинакова и равна расстоянию между уровнем электрохимического потенциала электронов [Хэ и ближайшей к нему зоны (проводимости или валентной). Если энергетический уровень ловушек находится в средней из выделенных областей, то коэффициент рекомбинации имеет максимальное значание и не зависит от положения этого уровня. Когда уровень ловушек находится в одной из крайних областей, коэффициент рекомбинации существенно зависит от положения уровня —При этом, так же как и у собственного полупроводника, скорость процесса уменьшается, по мере приближения уровня —к любой из основных зон (см. рис. 38). [c.144]

Полупроводниковыми свойствами обладают кремний, германий, селен и ряд других простых веществ, а также химические соединения и интерметаллиды PbS, GaAs, InSb и т. д. Такие вещества называются собственными полупроводниками в отличие от веществ, в которых явление полупроводимости зависит от введенных примесей, — примесные полупроводники. [c.427]

Германий и кремний, для которых щели между зонами составляют примерно 60 и соответственно 100 кДж-моль являются типичными полупроводниками. Проводимость кремния при 20°С составляет приблизительно 10- Ом-см что лежит между значениями, типичными для хзолятора (10" Ом см ) и металла (10 Ом-см ). Эти вещества называют собственными полупроводниками, поскольку их проводимость — это свойство чистого элемента. По-видимому, большее значение имеют так называемые примесные полупроводники, служащие основой транзисторов. [c.236]

Обозначено равновесное межатомное расстояние гц. Масштаб по вертикальной оси произвольный. Слева —схема, поясняющая модель зонной структуры. Л —диэлектрики Б —собственные полупроводники В —примесные полупроводники Г—металлические проводники. J —зона проводимости 3—валентная зона Л —зоны, обусловленные примесими 4—Зр-зоий (зона проводимости) 5 — Зз-зона (валентная зона). [c.135]

Для примесных полупроводников возможны два случая. Если эффективные дефекты, возникающие под действием облучения, обладают тем же характером (донорным или акцепторным), что и существовавщие до этого дефекты или примеси, т. е. если они изменяют концентрацию основных носителей тока, то эффект облучения будет очень слаб в этом твердом теле. Концентрация нарущений, существовавщих до облучения, часто составляет 10 — 10 8 на 1 г, т. е. она больше, чем концентрация дефектов, получающихся при облучении. Если образованные дефекты оказывают влияние на концентрацию второстепенных носителей тока, то происходят очень значительные изменения в свойствах твердого тела. Действительно, если учесть, что произведение числа электронов проводимости на число дырок постоянно при данной температуре пр = N ), то изменение числа второстепенных носителей тока приведет к одновременному изменению числа главных носителей тока. Поскольку концентрация второстепенных носителей тока может быть очень низка, даже меньше 10 ° г , то возможно, что в противоположность предыдущему случаю эффекты будут значительны для относительно малых доз радиационной энергии могут наблюдаться изменения типа проводимости образца. Например, в случае германия, когда произведение пр равно 6-10 6, акцепторные уровни (вакансии), образующиеся под действием радиации, играют доминирующую роль [70]. После облучения германия -типа возникает большое число дырок в результате концентрация носителей тока п, а следовательно, и проводимость быстро убывают если доза рассеянной энергии достаточна для создания примерно Ю з эффективных акцепторных дефектов, полупроводник становится собственным полупроводником, причем его проводи- [c.217]

Для поверхностной зоны, возводя эту. величину в степень /д, получаем о = 10 см . В примесной области предэкспоненциальный множитель /Сц, как и энергия активации, будет меньше, чем в собственной. Если принять, что все примеси ионизованы, то в поверхностной зоне (где N — концентрация примесей). Если N = 10 см (минимальная величина для полупроводников, изученных в работе [78]), то = 10 —а разность lg п а 1д о собственных и примесных полупроводников составит величину, равную 4—5, что примерно отвечает интервалу ДlgA o в работе 78]. [c.26]