Полупроводники донорного типа

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]

Электрические свойства большинства полупроводящих веществ объясняются тем, что число электронов в кристаллической решетке не равно числу дырок. Такое состояние достигается введением примесей легированием). Примесь, атомы которой в кристаллической решетке основного вещества отдают электроны, называется донорной. У полупроводников с донор-ными примесями пЗ>р, и они относятся к полупроводникам п-типа, т. е. с электронной проводимостью. Примесь, атомы которой захватывают электроны от атомов основного вещества, называется акцепторной. У полупроводников с акцепторными примесями р п, и они являются полупроводниками р-типа с дырочной проводимостью. Характер проводимости, достигаемый легированием, можно предсказать сравнением обычных валентных состояний атомов примеси и основного вещества. Если валентность атомов примеси выше валентности основного вещества, то атомы примеси отдают электроны, л>р и примесь донор-ная. Если же валентность атомов примеси ниже, то ее атомы захватывают электроны, р >п и примесь акцепторная. Легирование всегда повышает проводимость полупроводника. [c.186]

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]

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]

Примесные полупроводники — вещества, полупроводниковые свойства которых обусловлены примесью малых количеств других элементов. Например, рассмотрим кремний с добавкой фосфора и алюминия. Поскольку каждый атом кремния образует четыре ковалентные связи со своими соседями, чистый кремний можно изобразить так, как показано на рис. 19.23, а. Когда атом кремния замещен атомом фосфора, имеется один лишний валентный электрон атома Р, который не участвует в образовании ковалентных связей. При наличии атомов фосфора в запрещенной зоне ниже края зоны проводимости возникают дополнительные уровни, которые называются донорными уровнями. В данном случае дополнительные энергетические уровни лежат всего лишь на 0,012 эВ ниже края зоны проводимости. Электроны, перешедшие с них в зону проводимости, могут двигаться под действием внешнего электрического поля. Таким образом, кремний с добавкой фосфора является полупроводником п-типа. [c.593]

Избыточные электроны (например, за счет введения атомов фосфора) находятся на энергетическом уровне, который лежит несколько ниже зоны про водимости основного вещества (например, кремния) и называется донорным уровнем примеси (рис. 56. а). Ввиду малой ширины запрещенной зоны между донорным уровнем и зоной проводимости примесные электроны легко переходят в последнюю и улучшают свойства полупроводника п-типа. [c.149]

Между каталитической активностью полупроводника и его электропроводностью имеется определенная связь, которая может быть симбатной и антибатной, что зависит от рода полупроводника и типа реакции. Симбатной она является в случае реакций, скорость которых тем больше, чем выше уровень Ферми ( акцепторные реакции ), протекающих на полупроводниках с электронной или дырочной проводимостью. Симбатной она будет также и в случае реакций, скорость которых понижается с повышением уровня Ферми ( донорные реакции ) и которые протекают на полупроводниках с п- или р-проводимостью. Во всех других случаях эта связь будет антибатной (Волькенштейн [192], Гарнер [182], Вагнер, Хауффе [153], Боресков [178]). [c.248]

Поверхность раздела между полупроводником и металлом. Когда два металла приводят в соприкосновение, между ними возникает контактная разность потенциалов , обусловленная тем. что электроны переходят от одного металла к другому до тех пор, пока уровни Ферми не сравняются по обе стороны границы раздела. Подобный же поток электронов имеет место при соприкосновении металла с полупроводником, поскольку, как правило, свободные энергии электронов в металле и полупроводнике не равны. Так же как и в случае металлов, поток электронов приводит к накоплению отрицательного заряда в акцепторной системе (этой системой может быть как металл, так и полупроводник в зависимости от того, относится ли последний к полупроводникам п-типа или р-типа) в результате этого энергия электронов начинает увеличиваться, пока не сравняется с энергией электронов в донорной системе, после чего поток электронов прекращается. Однако в отличие от металла приобретенный полупроводником в результате этого процесса положительный или отрицательный заряд не локализуется на поверхности раздела, а распределяется объемно на определенном расстоянии от границы раздела. Это объясняется тем, что уровни или центры, которые отдают или приобретают электроны (т. е. примесные центры полупроводника ) присутствуют только в сравнительно малой концентрации. Этот примыкающий к металлу граничный слой полупроводника, обогащенный или обедненный электронами, в котором поэтому образовался объемный заряд, был подробно теоретически исследован, главным образом Шоттки 68] и Моттом [69], поскольку он имеет большое значение в качестве запирающего слоя при выпрямлении тока. [c.502]

Рассмотрим противоположный случай адсорбция кислорода на полупроводниках р-типа или водорода на полупроводниках п-типа. Концентрация соответственно акцеП торных и донорных дефектов при адсорбции растет, в результате чего наблюдается увеличение электропроводности. Количество газа, насыщающего поверхность, соответствует полному заполнению поверхности, и теплота адсорбции слабо зависит от заполнения. [c.132]

На рис. 16 показаны электронные энергетические состояния в полупроводниках донорного, акцепторного или частично компенсированного типов. Нас сейчас интересует только область энергий между потолком валентной [c.224]

Следует отметить, что в полупроводнике и-типа наблюдается значительное число акцепторных уровней, а в полупроводнике / -типа — значительное число донорных уровней. Кроме того, показано неравномерное распределение состояний. Это сделано умышленно для того, чтобы подчеркнуть, что никакое отдельное электрическое измерение не дает (и нельзя рассчитывать, что оно может дать) достаточно удовлетворительную информацию для проведения подробной корреляции с явлениями адсорбции и катализа. [c.287]

Эти хемосорбционные связи в большей или меньшей степени поляризованы, и тот факт, что водород образует положительные, а этилен — отрицательные адсорбционные слои на N1, можно было бы истолковать как указание на существование адсорбции акцепторного или донорного типа [14], как на полупроводниках но в этом случае ввиду высокой плотности электронов и дырок эффекты, связанные с потенциальным барьером, гораздо слабее. [c.33]

Примесные полупроводниковые кристаллы. Германий и кремний, элементы IV основной группы Периодической системы, обладают в чистом виде низкой проводимостью. Однако они приобретают свойства полупроводников, если к ним добавить элементы III и V основных групп с приблизительно одинаковым атомным радиусом, так как в этом случае примесный центр становится электрически активным. Благодаря внедрению элементов этих групп, к примеру Р, Аз, 5Ь (V группа), в германии образуются дефекты, вызывающие появление избытка электронов. При таком замещении получаются дефекты донорного типа, так как избыточный пятый валентный электрон сурьмы связан только слегка и вблизи примесного центра образует протяженное облако отрицательного заряда, которое охватывает область приблизительно в 1000 атомов германия (рис. 10.6). Так как свободные электроны являются носителями зарядов, то речь идет о полупроводнике типа п. [c.214]

В работе [2] показано, что восстановление протекает только в случае непосредственного соприкосновения частички УОз с поверхностью электрода. В допущении существования атомов водорода нет никакой необходимости, так как трехокись вольфрама является полупроводником /г-типа. К тому же следует добавить, что начальное высокое сопротивление может уменьшиться за счет миграции ионов водорода, так как в окисле устанавливается электростатическое поле значительной напряженности. Л. Юнг [289] допускает проникновение в окисел в местах дислокаций ионов Н+, имеющих малые размеры. П. Шмидт [273] также указывает на возможность внедрения протона в окисел. По его мнению, протоны создают донорные центры, обусловливающие проводимость окисла. А. Н. Фрумкин, 3. А. Иофа и В. С. Багоцкий [150] придерживаются точки зрения, согласно которой восстановление трехокиси вольфрама является непосредственной первичной электрохимической [c.27]

Донорной реакцией является разложение КзО на дырочном полупроводнике (р-типа) — МО [25]. Введепие Ь1.,0 в №0 увеличивает, а введение ХизОд снижает каталитическую ее активность. Механизм этой реакции следующий [c.10]

Из окисно-металлических пленок при изготовлении резисторов чаще всего используются пленки окиси олова. Применяются два метода получения таких пленок. В нервом используется набрызгивание спиртовых растворов четыреххлористого олова на стеклянную или керамическую подложку, нагретую до температуры 500—800° С. В результате гидролиза ЗпСи получаются пленки 8пО, представляющие собой полупроводник п-типа. Добавка акцепторных примесей, таких, например, как железо, бор, кадмий, индий или алюминий, увеличивает сопротивление пленки. Добавка донорных примесей (сурьмы, мышьяка, теллура, вольфрама, фосфора, [c.50]

Выше ука. 41.шалось, что. элементы III и V групп периодической системы оказывают противоположные влияния ый свойства полупроводников. Одновременное присутствие в полупроводнике донорных и акцепторных микроиримесей вызывает соответствующую компенсацию, так кяк акцепторные микропримеси захватывают электроны донорных микропримесей. В случае преобладания микроиримесей одного вида полупроводник будет обладать типом проводимости, присущим этому виду. При раа- [c.22]

Акцепторной реакцией (в смысле передачи электрона от адсорбента к адсорбату) является, по мнению Гарнера 21] и других, реакция Н 2—Г) д-обмена на катализаторе 2пО — электронном полупроводнике ( г-типа). Введение донорной примеси — окисла трехвалентного металла (А1зОз или ОазОз) в 2пО увеличивает концентрацию свободных электронов и скорость Н —Оз-обмена введение акцепторной нримеси — окисла одновалентного металла (Ь120) — уменьшает концентрацию свободных электронов и скорость обмена. По мнению Хауффе [23], это объясняется участием электронов полупроводника в лимитирующей стадии реакции [c.10]

Применяемые в каталитических процессах полупроводники являются примесными. Энергетические уровни примесей могут располагаться в запрещенной зоне, при этом положение уровня Ферми изменяет- ся. Если примесь донорного типа, поставляющая электроны полупроводнику, то уровень Ферми сдвигается ко дну зоны проводшости. Такой полупроводник называется электронным, или полупроводником п -тша. Если же примесь захватывает электроны полупроводника, то уровень Ферми сдвигается ближе к верху валентной зоны. Это случай акцепторной примеси, а полупроводник - дырочный, илч /)-ти-па. Энергетические схемы электронного и дырочного полупроводников представлены на рис.88,б, в. [c.279]

Химический состав диоксида титана выражается формулой ТЮ1,95—ТЮ1,99- Вакансии кислорода составляют до 0,85% всех кислородных позиций в решетке. Для компенсации потерь отрицательных зарядов часть атомов титана находится в виде ионов Ti+ которые сообщают поверхности частичек Т10г свойства полупроводника п-типа [6]. Ионы Т1+3 являются донорньши центрами на поверхности полупроводника. Энергия ионизации донорных центров — около [c.79]

Р [ с. 16. Диаграммы энорготических зон для полупроводников, с собственной проводимостью, показывающие электронные состояния для донорного типа (а), акцепторного типа (б) и для частично компенсированного типа (в), который имеет как донорный, так и акцепторный уровни хну — величины энергий ионизации. [c.224]

В основе этой теории лежит постулат о трех главных путях хемосорбции веществ на поверхности полупроводников. Слабая хемосорбция охватывает случаи, когда адсорбированные вещества остаются электронейтраль-ными и свободные электроны или дырки кристаллической решетки не участвуют в образовании хемосорбционной связи. В зависимости от того, будет ли образовывать связь свободный электрон или свободная дырка, можно различать два типа сильных связей. Сильная п-связь (не путать с адсорбцией на полупроводниках и-типа) или акцепторная связь образуется в том случае, когда свободный электрон захватывается адсорбирующейся частицей. Такая связь обозначается как СеЬ, где символ еЬ означает свободный электрон решетки. Сильная р-связь (опять не имеющая никакого отношения к р-тину полупроводников) или донорная связь образуются нри захвате дырки адсорбирующейся частицей. Эта связь обозначается как СрЬ, где си мвол рЬ означает свободную дырку. Считается, что различные типы хемосорбции отличаются не только характером и прочностью связи, но также и реакционной способностью одна форма может переходить в другую при определенной температуре и давлении или в результате внешних воздействий (нанример, облучении, добавлении иримесей и т. п.). [c.241]

Изложенные выше теоретические положения применимы не только к металлам, но и к полупроводникам, несмотря на то что в последнем случае уровень Ферми находится в запрещенной зоне и ни один электрон не может находиться на Ер, как это видно из рис. 1, б. Однако при этом потенциал си.лы изображения уже не выражается величиной —е /4х, концентрация электронов или дырок в приповерхностных слоях или обеднение последних дырками и электронами заметно влияют на величину % На рис. 1, б представлена схема для полупроводника гг-типа, характеризующегося обеднением поверхности электронами. Интересно, что хотя положение Ер можно смещать в запрещенной зоне вниз или вверх путем внесения соответствующих донорных или акцепторных примесей, оказывается, что, например, в кремнии потенциа.т приповерхностного слоя почти полностью компенсирует изменения р, в довольно широкой области, и работа выхода практически остается постоянной [1]. Некоторые методы измерения, требующие, чтобы э.лектроны находились на уровне Ер, оказываются неприменимыми непосредственно к по.лупроводникам. [c.106]

Если в веществе присутствуют способные к ионизации примеси, энергетические уровни которых располагаются в запрещенной зоне, то носители тока (электроны и дырки) могут возникать за счет электронных переходов между уровнями примеси и одной из резрешенных зон (рис. 114). В том случае, когда примесные атомы отдают электроны в зону проводимости (донорная примесь), возникает электронная проводимость такие полупроводники называются полупроводниками /г-типа. Если же примесные атомы захватывают электроны из валентной зоны (акцепторная примесь), то носителями тока оказываются дырки такие полупроводники называются полупроводниками р-типа. Концентрация примеси обычно невелика, и поэтому примесные атомы не взаимодействуют друг с другом и не могут участвовать в процессе электропроводности непосредственно путем перехода электронов между примесными уровнями. [c.277]

НЫХ В запрещенной зоне непосредственно под зоной проводимости. Если энергия возбуждения, требующаяся для перевода электрона в зону проводимости, несколько меньще тепловой энергии, то тогда почти все атомы мыщьяка будут ионизованы, что приведет к возрастанию числа электронов в зоне проводимости и неподвижных положительно заряженных центров. Наоборот, добавление, например индия к германию, вызывает увеличение числа акцепторных состояний, расположенных выще верхнего края валентной зоны. При возбуждении электроны валентной зоны могут перейти в эти локальные акцепторные состояния, что приводит к возрастанию числа неподвижных отрицательно заряженных центров и подвижных дырок в валентной зоне. В полупроводниках сложного состава донорные и акцепторные состояния могут создаваться в результате отклонений от стехиометрии, которые обусловлены избытком соответственно электроположительного или электроотрицательного составляющих кристалла [6]. Примесные полупроводники, проводимость которых определяется в основном избыточными электронами, называются полупроводниками -типа п — от слова negative), а полупроводники с дырочной проводимостью — полупроводниками р-типа (р — от слова positive) . [c.381]

Следует ожидать, что при более высоких температурах уровень Ферми будет снижаться, приближаясь к истинному донорному уровню. Из рис. 6 видно, что образец, которому соответствует кривая 2, представляет случай, когда QT изменяется от устойчивой величины 0,21 эв до высокотемпературного значения 0,42 эв. Уменьшение величины QT при низких температурах (как это видно на рис. 2) ранее для случая кремния [6] было объяснено проводимостью в самой донорной зоне такая проводимость становится заметной только при очень малом числе электронов в зоне проводимости. Ввиду того что эта электропроводность имеет место ниже уровня Ферми, знак Q изменится на обратный. Поэтому вполне вероятно, что при температурах ниже комнатной У2О5 может стать полупроводником р-типа. [c.239]

Другая ВОЗМОЖНОСТЬ осуществления катализа с электронным переходом при низких температурах заключается в увеличении количества электронов в зоне проводимости при освенхении. В полупроводниках н-типа (мы ограничимся общим описанием полупроводников л-типа, но эти общие соображения сохраняют силу и для случая образования подвижных дырок при переходе электронов из валентной зоны на акцепторные уровни) донорные уровни благодаря замороженному термическому беспорядку или благодаря примесям расположены ниже зоны проводимости всего лишь на какую-то долю электрон-вольта. Эти донорные уровни создают возможность для хемосорбции подходящих веществ (например, кислорода) на поверхности при освещении. Таким образом, можно ожидать, что каталитические реакции акцепторного типа (или донорного типа в случае фото-активированных р-полупроводников), которые не протекают в темноте, могут осуществляться при освещении. Даже реакции, сопровождающиеся увеличением свободной энергии и, следовательно, термодинамически невозможные в темноте, также могут протекать при освещении, так как энергия сообщается светом по описанному механизму. [c.265]

Поскольку подвижность носителей тока на донорных уровнях выше, чем на акцепторных, закись никеля ведет себя как полупроводник р-типа, т. е. ток переносится положительньши дырками. Так как из-за малой подвижности носителей эффект Холла наблюдать не удается, дырочный характер закиси никеля доказывается положительным знаком термо-э. д. с. Q. Для узких зон (или локальных уровней) член, связанный с кинетической энергией, не играет роли в формуле для Q, и в случае чисто дырочной проводимости получается простое выражение (Q — в вольтах на градус) [c.78]

В полупроводниках за счет, например, дефектов структуры появляются дополнительные энергетические уровни внутри запрещенной зоны (см. диаграмму). В полупроводниках и-типа эти особые уровни, называемые донорными, расположены как раз над валентной зоной и обычно на них находятся электроны. В полупроводниках -типа уровни (названные акцепторными) тоже расположены над валентной зоной и обычно свободны. В первом случае носителями зарядов являются электроны, во втором — в валентной зоне перемещаются дырки, появлйющиеся вследствие того, что зону покидают электроны, которые переходят на акцепторный уровень. Однако у идеальных диэлектриков внутри запрещенной зоны существуют дополнительные уровни, способные захватывать электроны 179]. Следовательно между диэлектриками и полупроводниками нет резких различий. [c.22]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология