Донорные примеси

В идеальном кристалле полупроводника (в отсутствие примесей) уровень Ферми расположен примерно посредине между зонами валентной и проводимости (уровень е,, на рис. 112, а). При наличии донорной примеси (имеющей лишние электроны) уровень Ферми по- [c.454]

Фосфор, мышьяк или сурьма (имеющие электронное строение внешнего энергетического уровня s pЗ и проявляющие валентность 5), будучи введенными в кристаллические решетки германия или олова (электронное строение внешнего уровня 5 р валентность 4) ведут себя как донорные примеси, т. е. отдают электроны и создают проводимость п-типа. Если же в германий или кремний ввести бор, алюминий, галлий или индий (электронное строение внешнего уровня 5 р, валентность 3), то атомы примеси захватывают четвертый электрон и полупроводник обнаруживает проводимость р-типа. [c.186]

Известно, что отрицательные (Л"), нейтральные (Л ) и положительные центры (т]" )— дырки находятся в равновесии и доля каждой формы определяется уровнем Ферми Уровень Ферми повышается при наличии донорных примесей и понижается в присутствии акцепторных. Имеются данные, что сульфидные катализаторы, в частности WSj, представляют собой п-полупроводники, в которых есть избыточная нестехиометрическая сера — акцепторная примесь Вполне возможно, что сера может играть аналогичную роль и в других сульфидных катализаторах. [c.127]

Число и природа носителей т(жа в полупроводниках в большей степени зависят от их чистоты и характера примесей. Примеси принято делить на донорные и акцепторные, т, е. на отдающие и присоединяющие электроны. Донорные примеси увеличивают число электронов, а акцепторные — число дырок. Этот эффект примесей можно пояснить на примере германия, у которого имеется четыре валентных электрона. Если атом германия в его решетке заменить пятивалентным атомом мышьяка, то один электрон окажется лишним. Для его участия в проводимости необходимо, чтобы энергетический уровень атома примеси был расположен в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости (непосредственно у ее нижнего края). Тогда каждый атом примеси будет ионизирован и электроны перейдут в зону проводимости. Число отрицательных носителей тока в полупроводнике с донорной примесью больше, чем число положительных носителей тем ие менее уравнение (5.45) остается справедливым, подобно тому как ионное произведение воды не изменяется при добавлении щелочи. Предположим, что один атом донорной примеси приходится ьа 10 атомов полупроводника. Считая все атомы примеси (иaпp iмep, мышьяка) полностью ионизированными, найдем, что в 1 см германия находится 4,5-10 при- [c.138]

Например, окись цинка. Если в окиси цинка имеется избыток цинка (цинк является донорной примесью, донором электронов), то при нагревании может проходить ионизация атомов цинка путем отщепления электронов [c.146]

Роль активных центров играют нри этом электроны в зоне проводимости. В соответствии с опытом реакция ускоряется при наличии в полупроводнике электронно-донорных примесей. [c.457]

Добавки (примеси) могут быть подразделены на электронодонор-ные и электроноакцепторные. Примером донорной примеси могут служить атомы мышьяка, введенные в германий. Они снабжают зону проводимости подвижными электронами, при наложении внешнего электрического поля выполняют функцию носителей тока, электрическая проводимость их электронная (отрицательная), полупроводник относится к п-типу. Ширина запрещенной зоны благодаря введению донорной примеси резко уменьшается. [c.140]

Из общей формулы (VIII.88) нетрудно получить выражения для энергии Ферми и концентрации электронов проводимости в случае полупроводника /г-типа с донорной примесью. [c.201]

Введение в кристаллический кремний примесных атомов фосфора, имеющих по пять валентных электронов, также нарушает энергетическую однородность кристалла. В этих условиях каждый атом фосфора уже при сообщении ему энергии порядка 4,4 кДж/моль способен ионизироваться, перебрасывая один из своих электронов в зону проводимости и превращаясь в положительно заряженный ион. Аналогично ведут себя в кристаллах кремния и германия примесные атомы мышьяка, сурьмы и золота, обычно называемые донорными примесями. Для получения полупроводника с определенной концентрацией носителей (электронов или дырок) необходимо, чтобы количество собственных переносчиков тока в кристалле было примерно на два порядка ниже. [c.89]

Из сказанного выше следует, что акцепторными примесями должны являться атомы элементов первых трех групп таблицы Менделеева. Энергия активации акцепторных примесей имеет тот же порядок, что и донорных примесей, т. е. 0,01—0,1 эв. В соответствии с этим энергетический уровень акцепторов находится в запрещенной зоне на очень небольшом расстоянии от валентной зоны (рис. 29, б). [c.128]

В реальных полупроводниках очень часто собственная проводимость соизмерима с примесной. Имеются полупроводники, в которых одновременно содержатся акцепторные и донорные примеси. Такой общий случай и рассмотрен ниже. Задача состоит в нахождении энергии Ферми (химического потенциала электронов), а также концентрации электронов проводимости и дырок для полупроводника при заданных условиях. [c.195]

Приведите примеры полупроводников с дефектами, обусловленными наличием донорных примесей. Объясните механизм влияния примесей на электрическую проводимость. [c.381]

Энергетически роль донорной примеси можно себе представить таким образом, что благодаря ей ширина запрещенной зоны резко уменьщается (так как в этом случае не требуется разрыва ковалентной связи). [c.457]

Важное значение имеет химическое соединение кремния и углерода — Si (карборунд). Ширина запрещенной зоны 2,86 эв. Поэтому этот полупроводник может быть использован в условиях высоких температур при 500—700° свойства его улучшаются. Отличается уникальным сочетанием механических, термических и химических свойств. При введении примесей элементов V группы (Р, As, Sb, Bi) проявляет электронную проводимость, а примеси элементов II и III групп (Mg, Са, -В, А1, Ga, Jn) сообщают карборунду дырочную проводимость. Донорные примеси сообщают полупроводнику зеленоватый цвет, а акцепторные — сине-черный. [c.458]

Наряду с собственными большое распространение получили также полупроводники примесного типа. В них основное число переносчиков тока — электронов или дырок — поставляют введенные в собственный полупроводник специальные примеси, энергетические уровни которых располагаются между валентными зонами и зонами проводимости полупроводника. Так, при введении в кристалл германия так называемых донорных примесей, как, например, фосфора, мышьяка, сурьмы, электроны последних переходят в зону проводимости полупроводника, резко увеличивая в ней число электронов — переносчиков тока (п-про-водимость). При добавлении к германию акцепторных примесей типа бора, алюминия, индия электроны валентной зоны полупроводника переходят на свободные уровни зоны примесей, что увеличивает число дырок (р-проводимость) в валентной зоне. [c.77]

Из сказанного выше понятно, что в качестве донорных примесей в кристаллах кремния и германия должны использоваться пяти- или шестивалентные элементы. Обычно роль этих примесей выполняют атомы сурьмы, мышьяка или фосфора. Энергии активации для них имеют значение от 0,01 до 0,1 эв. [c.126]

Атомы замещающей примеси в кристаллах германия и кремния действуют как донорные примеси, если у них валентных электронов больше четырех, и как акцепторные примеси, если валентных электронов в атомах замещающих примесей меньше четырех. Например, атомы цинка, замещающие атомы кремния в решетке, действуют как двойные акцепторы. [c.241]

Рис. 203. Влияние донорных примесей на проводимость

Введем несколько определений. Проводимость химически чистых полупроводников называется собственной проводимостью, а сами полупроводники — собственными полупроводниками. Как мы видели, для них п = р = п,-. Проводимость полупроводников, содержащих примесь, называется несобственной. Если в полупроводнике концентрация свободных электронов, создаваемая донорными примесями, преобладает над концентрацией дырок, т. е. п > р, то его называют электронным полупроводником, или полупроводником я-типа если р п (преимущество акцептора), то полупроводник будет р-типа. В полупроводнике л-типа свободные электроны называются основными носителями тока, а дырки — неосновными носителями в полупроводнике р-типа — наоборот. [c.245]

Решая уравнение (438) таким же образом, как и в случае донорной примеси, получим [c.248]

Восприимчивость Ха существенно зависит от типа и концентрации примесных атомов в полупроводнике, а при неполной их ионизации — и от температуры. Если концентрация, например, донорной примеси не очень велика, то при ц Н < к Т [2] [c.306]

Методы возбуждения полупроводников могут быть различными [13, 14]. Например, для подкачки могут быть использованы импульсы электрического поля. В этом случае за счет ударной ионизации валентной зоны (эффект Зинера) образуются неравновесные электроны в зоне проводимости и неравновесные дырки в валентной зоне. Крайне важно, чтобы эти неравновесные носители тока не рекомбинировали достаточно быстро. В другом, применяемом на практике методе возбуждения полупроводника используют инжекцию (см. гл. IX, 3) неравновесных носителей тока через р—п-переход вырожденных полупроводников. К образцу, составленному из полупроводников с акцепторными и донорными примесями, прикладывается внешнее напряжение (прямое смещение), заставляющее электроны переходить из р- в п-область. В области р—п-перехода идет рекомбинация электронов и дырок с выделением фотонов, частота которых со е /й. [c.523]

Уже при невысокой температуре эти электроны получают достаточное количество энергии (А д) — порядка сотых долей электрон-вольта для перехода в зону проводимости. Но это не оставит дырки в валентной зоне, зато у атома сурьмы появится единичный положительный заряд (неподвижный). А д можно назвать энергией активации донорной примеси. Увеличив концентрацию сурьмы [c.298]

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]

Если у атома примеси на внешнем уровне электронов больше, чем у атомов, образующих кристалл, то этот атом превращается в положительный ион, переводя лишние электроны в зону проводимости кристалла и заполняя и 4и дырки в валентной зоне. Это донорные примеси, которые увеличивают электронную проводимость полупроводника и уменьшают его дырочную проводимость. У алмазоподобных структур полупроводников, как у Si и Ge, такими донорийми примесями являются As, Sb, Se, т. е. атомы элементов V—VHa-rpynn. [c.286]

Для оценки влияния примесных атомов на электропроводность полупроводника необходимо определить изменение полной потенциальной энергин системы при переходе одного электрона с примесного уровня в зону проводимости. Эта величина называется энергией активации донорных примесей —А до и для ее расчета следует воспользоваться методами, которые были применены в 8 при определении ширины запрещенной зоны —Ниже мы не пойдем по этому пути, а просто покажем, что энергия акти-фВации донорных примесей не может быть большой отрицательной величиной. Для этого прибегнем к следующим рассуждениям. Энергия ионизации атомов элементов, применяющихся в качестве донорных примесей, находятся в пределах 4—10 эв (см. табл. 1). При отрыве электрона, находящегося на первой возбужденной орбите, необходимо затратить энергию, в 2—4 раза меньшую, чем энергия ионизации, т. е. 1—5 эв. Такой результат мы получаем на основании формулы (44), при выводе которой предполагалось, что ионизируемые атомы находятся в среде с диэлектрической проницаемостью е, равной 1. В случае, когда е> 1, энергия ионизации уменьшается в е раз. Значения диэлектрической проницаемости для кремния и германия равны соответственно 11 и 16. Отсюда следует, что энергия ионизации донорных примесей в кристаллах этих элементов должна находиться в пределах от — эв =0,06 до — эв = 0,45 . С другой [c.126]

Поскольку Айдо,, много меньше А д, то концентрация свободных электронов в полупроводнике с донорной примесью может быть много больше, чем в собственном полупроводнике. При выполнении этого условия можно считать, что концентрации [c.127]

Из табл. 1 следует, что электроотрицательности атомов 5—7-валеитных элементов, как правило, больше, чем у атомов первых групп таблицы Менделеева. Поэтому примеси внедрения, образованные многовалентными атомами, являются обычно акцепторами. Наоборот, примеси внедрения, возникшие за счет введения в кристалл атомов 1—3-валентных элементов, в большинстве случаев являются донорными. Из этих рассуждений следует, что атомы одного и того же элемента могут быть как акцепторными, так и донорными примесями. Например атомы кислорода, заместившие в кристалле атомы кремния, выполняют роль доноров, а атомы кислорода, внедрившиеся в кристаллическую решетку кремния, являются акцепторами. Необходимо также отметить, что роль доноров или акцепторов могут выполнять всевозможные наруше- [c.129]

Таким образом, с точки зрения воздействия на величину работы выхода фэ, растворенные в воде кислоты и окислители подобны акцепторным примесям в полупроводниках, а основания и восстановители выполняют роль донорных примесей. При этом раствор нейтральных солей оказывается аналогичным скомпенсированному полупроводнику. Заметим, однако, что такая аналогия справедлива только при сравнении термодинамических свойств полупроводников и водных растворов. Влияние же примесей на электропроводность этих веществ совершенно различно. Действительно, в отличие от полупроводников, все ионизованные примеси в водных растворах являются носителями заряда. Поэтому концентрация носителей противоположного знака в таких растворах одинакова и, как правило, увеличивается при введении любой из ионизирующихся примесей. Так, если удельная проводимость скомпенсированного полупроводника не может быть больше собственной, то удельная проводимость раствора КС1 или другой [c.189]

Монокристаллы можно получить кристаллизацией из кремнеуглеродного расплава с большим избытком кремния, в котором при 1700— 1800° С Si хорошо растворяется, а при охлаждении расплава растворимость его резко падает. Кристаллизуют в графитовых тиглях, покрытых слоем карборунда. Химически чистый Si бесцветен, а промышленный с примесями железа, алюминия, магния имеет зеленый или сине-черный цвет. Донорные примеси — железо, висмут, сурьма, мышьяк, фосфор, акцепторные — металлы второй и третьей групп. Кристаллы 0-Si имеют структуру типа сфалерита, а a-Si имеет гексагональную и ромбоэдрическую решетки. Кислород воздуха при 800° С медленно окисляет Si . Водяной пар при 1300—1400° С разлагает его [c.292]

Химия (1986) -- [ c.432 ]

Химия (1979) -- [ c.447 ]

Химия (1975) -- [ c.432 ]

Общая химия Изд2 (2000) -- [ c.109 ]

Краткий курс физической химии Издание 3 (1963) -- [ c.138 ]

Курс общей химии (0) -- [ c.77 ]

Курс общей химии (0) -- [ c.77 ]

Предмет химии (0) -- [ c.77 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология