Домішкові напівпровідники n-типу

Якщо в чистий напівпровідник кремнію(Si) ввести п’яти валентну домішку фосфору(Р) , то чотири валентні електрони відновлюють ковалентні зв’язки, а п’ятий електрон стає «зайвим» і не може бути задіяним у системі ковалентних зв’язків (рис.5).

а) б)

Рис.6. Площинна кристалічна гратка домішкового напівпровідника n-типу (а) та його енергетичні діаграма (б)

Так, при кімнатній температурі теплової енергії електронів достатньо, щоб вони змогли вивільнитися від зв’язків з атомами і перетворитись на вільні електрони. Це еквівалентно перескакуванню електрона з донорного енергетичного рівня фосфору в забороненій зоні в зону провідності. Атоми фосфору в кристалічній гратці перетворюються на позитивно заряджені йони (рис.6.б). На відміну від рухливих дірок йонізовані атоми не можуть переміщуватися у кристалічній гратці. Заряд всього кристалу залишається нейтральним, так як на невеликій відстані від позитивно зарядженого йона знаходиться електрон.

Так як атоми домішок такого типу є джерелом вільних електронів, то їх називають донорами. Домішки, які здатні віддавати електрони в зону провідності називають донорними домішками.

Крім вільних електронів, одержаних від донорних домішок, існує деяка кількість розірваних ковалентних зв’язків, кожен з яких дає вільний електрон та дірку. Таким чином, є обидва типи рухомих носіїв заряду, але тепер кількість вільних електронів перевищує кількість дірок.

Позначимо концентрацію донорної домішки через N_D. При кімнатній температурі майже всі атоми домішки йонізовані. Як відомо, йонізується і деякі частка атомів основної речовини n_i . Отже, концентрація електронів провідності у напівпровіднику з домішкою

,

тобто вона значно більша, ніж у власного напівпровідника. Як правило, концентрація донорної домішки , тому . Швидкість рекомбінації у домішковому напівпровіднику з врахуванням (3)

, (16)

а швидкість генерації при малих концентраціях домішок залишається такою, як у власному напівпровіднику (4). За динамічної рівноваги, коли V_ген=V_рек

(17)

Звідси рівноважна концентрація дірок у донорному домішковому напівпровіднику

, (18)

тобто вона значно нижча, ніж у бездомішковому напівпровіднику.

Напівпровідник із донорною домішкою називається напівпровідником n-типу(negative – від’ємний) або напівпровідником з електронною провідністю.

Поиск по сайту: