Question

Как создается дырочная проводимость в примесном полупроводнике

Answer 1

Дырочные полу­провод­ни­ки. Полупроводник, леги­ро­ван­ный ак­­цепторной при­месью, на­зы­вают полу­про­во­д­­ником дырочно­го ти­­па (р-типа) проводимости или дырочным полу­провод­ником.Дырочная проводимость создается в результате легирования по­­­­лупроводника элементами, име­ющими меньшую валентность, чем валентность атомов, из кото­рых состоит полу­про­вод­ни­к.  На­­при­­­мер, для Si и Ge, являющимися эле­мен­тами четвертой груп­пы таб­ли­­­цы Мен­де­­­леева, в качестве акцепторных примесей при­ме­ня­ют эле­­ме­н­­­ты третьей группы, как правило это 5B, 13Al, 31Ga, 49In.Замещая узлы кристаллической решетки полупроводника, ато­­мы акцепторной примеси захватывают валентный эле­к­т­ро­н от со­­се­д­­не­го атома кремния для создания ковалентных связей с ато­ма­ми ос­­­новного ве­ще­ст­ва, превращаясь при этом в отрицательно за­­ря­­жен­­ные ионы, и уча­ст­вуют в создании дополнительных энер­ге­­ти­че­с­ких уров­ней в за­прещенной зоне полупроводника, как по­ка­­зано на рис. 1.26.Механизм появления дырочной проводимости иллюстрируется на рис. 1.26, а. При образовании химической ковалентной связи с ато­­­­­ма­­­ми Si или Ge все три валентных электрона атома акце­п­то­р­ной при­­меси уча­­ст­ву­ют в образовании ковалентных связей. Для со­з­­­да­ния че­твертой (не­за­­вер­шен­ной)  химической связи может быть захвачен электрон из ко­ва­ле­нтных свя­­зей одного из бли­жай­­ших со­седних атомов кре­м­ния. У это­го атома, в свою оче­редь, по­я­в­ля­ет­ся незавершенная связь с со­сед­ним атомом кре­м­ния, ко­торая на­зы­ва­­ется дыркой.У дырки су­ще­­ству­ет сла­бая эле­­к­­­­т­ро­ста­ти­чес­кая связь с атомом кремния. Эне­р­гия этой куло­но­в­с­кой свя­з­и DWa, как и в случае электронных по­лу­­про­­во­д­ни­ков, не­­велика и со­­став­ля­­­ет всего 0,01...0,07 эВ. По­э­тому  для зах­ва­та дыр­­кой элек­трона из ко­валентной связи соседнего атома  до­­­ста­то­ч­но неболь­шой эне­р­­гии, ко­торую эле­к­трон мо­жет по­лу­чить за счет тепловых ко­ле­ба­ний кри­­с­тал­­­ли­че­с­­кой ре­ше­тки. В ре­зу­льтате об­­мена электронами между со­седними атомами  дырка мо­­жет пе­ре­­мещаться по кристаллу по­лу­­про­вод­ника, осу­ществляя при при­ло­­жении внешнего эле­к­т­ри­че­с­кого по­ля ды­ро­ч­ную про­во­ди­мость.

Answer 2

Дырочная проводимость в примесном полупроводнике образуется благодаря введению в материал атомов примеси с меньшим количеством электронов в валентной зоне, чем у основного материала. Такие атомы примеси называются акцепторами.

При введении акцепторной примеси в кристаллическую решетку полупроводника происходит допирование материала, при котором некоторые из атомов примеси занимают места в кристаллической решетке, замещая атомы основного материала. Атомы примеси имеют на один электрон меньше, чем атомы основного материала, и образуют в валентной зоне материала недостаток электронов - "дырки". Таким образом, акцепторы создают в материале дополнительные носители заряда - дырки, которые могут двигаться под воздействием электрического поля, что и обуславливает дырочную проводимость в примесном полупроводнике.