Полупроводники донорного типа

Если на поверхность полупроводника адсорбировать в виде тонкой пленки (толщиной порядка 10" м) электроположительные атомы, создающие дополнительные поверхностные уровни донорного типа, то можно еще сильнее снизить порог фотоэффекта. Используя сильнолегированный р-полупроводник, можно получить в данном случае фото- [c.166]

Легирование электронного полупроводника акцепторной примесью или полупроводника р-типа донорной примесью приводит к перераспределению носителей заряда между донорным и акцепторным уровнями (компенсация примесей). Введением компенсирующих примесей можно уменьшить число свободных носителей заряда и приблизить сопротивление примесного полупроводника к его собственному сопротивлению. При компенсации примесей осуществляется переход электронов с донорных уровней на акцепторные, что при достаточно низких температурах приводит к некоторому уменьшению числа свободных носителей заряда. [c.94]

При наличии даже небольшого количества примесей определенного вида электрические свойства чистого проводника резко меняются. Примеси одного вида приводят к появлению свободных электронов. Такой полупроводник называется донорным, или полупроводником п-типа. Примеси другого вида создают свободные [c.504]

Модели полупроводников с электронной и дырочной электропроводностью представлены на рис. 3.17, а. Основные носители заряда в полупроводнике п-типа - электроны - на рисунке обозначены знаком минус. Ионизированные атомы донорной примеси, будучи структурными элементами, не принимают участия в электропроводности. На рисунке они обозначены знаком плюс в кружке. Дырки, которые в электронном полупроводнике также имеют место,на рисунке не изображены, потому что они являются неосновными носителями заряда и концентрация их по сравнению с концентрацией электронов невелика. Аналогичные обозначения сделаны и для дырочного полупроводника. [c.67]

Создать р-п-переход механическим соединением двух полупроводников с различным типом электропроводности невозможно, электронно-дырочные переходы получают путем введения в полупроводник донорной и акцепторной примесей таким образом, чтобы одна часть полупроводника обладала электронной, а другая — дырочной электропроводностью. [c.280]

Рассмотрим две отдельно взятые области электронного и дырочного полупроводников, показанные на рис. 8.9, а. Основные носители заряда в полупроводнике /г-типа — электроны (на рис. 8.9,а обозначены знаком минус), а в полупроводнике р-типа—дырки (на рис. 8.9, а обозначены знаком плюс). Ионизированные атомы донорной и акцепторной примеси обозначены соответственно знаками плюс и минус в кружочках. Неосновные носители в электронном и дырочном полупроводниках не обозначены, так как их концентрация очень мала в сравнении с концентрацией основных носителей. [c.280]

Помимо основных, полупроводники содержат всегда и неосновные носители, появляющиеся в результате межзонной тепловой генерации донорный полупроводник — дырки, дырочный полупроводник — электроны. Концентрация их, как правило, значительно ниже концентрации основных носителей. Легко установить связь между ними. Для этого рассмотрим невырожденный полупроводник, например, донорного типа. Основными носителями в нем являются электроны. Их концентрация описывается формулой (6.7). Неосновными носителями являются дырки, концентрация которых определяется формулой (6.8). Умножая (6.7) на (6.8), получаем [c.170]

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]

С введением примесей все полупроводниковые материалы свою проводимость увеличивают, причем с введением в полупроводник донорной примеси в нем устанавливается только электронная (п-типа) примесная проводимость. С введением же в полупроводник [c.306]

Энергия ионизации при образовании дырки мала (ю сравнению с германия или кремния. Энергетический уровень, образующийся вследствие наличия примеси, показан на рис. 5-1-5,б, В этом случае образуется примесный незаполненный уровень, расположенный на 0,01—0,05 эВ выше верхней границы заполненной зоны. Уже при температуре, близкой к нормальной, незаполненный примесный уровень захватывает электроны из заполненной зоны, при этом в последней образуется дырка, обусловливающая проводимость. Примесный уровень в полупроводниках п-типа имеет смысл назвать уровнем, который снабжает зону проводимости электронами, и потому его называют донорным уровнем, В противоположность такому уровню незаполненный примесный уровень, который захватывает электроны из заполненной зоны, носит название акцепторного уровня. Полупроводники, подобные показанному на рис. 5-1-5, называют дырочными полупроводниками (р-типа), так как носителями заряда, обусловливающего проводимость, служат дырки—места с положительным зарядом. [c.311]

Проводимость чистого полупроводникового материала обычно очень мала и определяется как электронами, так и дырками в равной мере. Для получения материала типа р или типа п в исходный полупроводник добавляется примесь. Если атомы примеси имеют окислительные свойства по отношению к основному полупроводниковому материалу, то они забирают часть свободных электронов в свои наружные валентные оболочки, и эти электроны становятся неподвижными (в том смысле, что они связаны с определенным атомом кристаллической решетки). При этом в материале появляется избыток свободных носителей — дырок и образуется полупроводник р-тппа. Такая примесь называется акцепторной. Примесь с восстановительными свойствами, наоборот, отдает валентные электроны, создает в материале избыток последних в свободном состоянии, и образуется полупроводник п-типа. Этот вид примесей называется донорным. [c.62]

Большое практическое значение имеют также примесные полупроводники. Малые количества примесных атомов в основном кристалле поставляют электроны в зону проводимости, либо захва-. тывают электроны из заполненной полосы, образуя в ней дырки. Например, если в кристалл кремния введено небольшое число атомов мышьяка, то они уже при комнатной температуре могут терять по одному электрону, которые переходят в состояние, соответствующее свободной полосе энергетических состояний кремния. Чем выше концентрация атомов мышьяка и чем выше температура, тем большее число электронов попадает в зону проводимости. Атомы, которые могут отдавать свои электроны в зону проводимости кристалла, называются донорными примесями. Полупроводники с такими примесями называются электронными полупроводниками или полупроводниками п-типа (электронная проводимость) (см. рис. 27). [c.147]

Рассмотрим полупроводник п-типа, в котором примесные уровни лежат на расстоянии "д от дна зоны проводимости. Обозначим через N0, п , я п соответственно число доноров, число донорных уровней и число электронов проводимости (в единице объема). Получить соотношение [c.267]

С ростом температуры возможны один из двух или оба следующих процесса. Например, в одном случае электроны примесей, или атомов донорного типа, могут переходить в зону проводимости. Это, естественно, должно вести к появлению электронной проводимости, которая растет по мере увеличения температуры. Однако если число атомов примеси невелико, то может наступить насыщение, т. е. возможно достижение такой температуры, когда соответствующие электроны всех примесных атомов перешли в зону проводимости. Выше этой температуры сопротивление увеличивается с ростом температуры, как у нормальных металлических проводников. -В этом случае электрический ток осуществляется электронами, перешедшими в ранее пустовавшую зону проводимости. Вообще говоря, электроны, находящиеся в состояниях вблизи дна зоны проводимости, ведут себя как свободные электроны, и такой полупроводник называется полупроводником /г-типа, та как эти электроны в нем имеют нормальный отрицательный заряд. [c.39]

Во многих полупроводниковых материалах одновременно присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и матернал становится полупроводником л-типа или р-типа в зависимости от того, концентрация какой из примесей выше. Если концентрации точно сбалансированы, полупроводник называют компенсированным. [c.199]

Рис. 7.5. Диаграмма энергии электронов для примесных полупроводников а — полупроводник п-типа, в котором почти все донорные примеси ионизованы б — полупроводник р-тнпа, в котором почти все акцепторные уровни заняты электронами. возбуждаемыми из валентной зоны

Донор — это структурный дефект в кристаллической решетке полупроводника, способный отдавать электроны в зону проводимости или другим примесным центрам. Доноры, отдавая электроны, не участвующие в образовании химической связи, в зону проводимости, увеличивают концентрацию свободных электронов и уменьшают концентрацию дырок.В полупроводнике, содержащем донорные примеси, электрический ток переносится преимущественно электронами (электроны являются основными носителями заряда, а дырки — неосновными), обусловливая примесную электронную проводимость. Такой полупроводник называется полупроводником я-типа. [c.117]

Известно, что характерной особенностью полупроводников является то, что введением донорных или акцепторных примесей можно придавать полупроводниковому материалу электронный или дырочный характер проводимости. Введение соответствующих примесей (акцепторных в случае полупроводников я-типа и донорных — в случае полупроводников р-типа) в поверхностный слой образца приводит к возникновению достаточно узких переходных областей, где характер проводимости вещества изменяется с электронного на дырочный или наоборот. Эти переходные области (р — я-переходы) при диффузионном отжиге перемещаются в направлении градиента концентрации диффундирующей примеси. При этом [c.298]

Поясним наблюдаемые зависимости. Для определенности рассмотрим в качестве примера примесный полупроводник я-типа, находящийся в равновесии с донорной примесью в газовой (внешней) фазе. Для простоты будем считать, что эффективные массы электронов и дырок равны [c.314]

Донорные и акцепторные примеси. Свойства полупроводников сильно зависят от содержания примесей. Примеси бывают двух типов — донорные и акцепторные. Если, например, в кристалле кремния имеется примесь атомов мышьяка, то эти атомы замещают в узлах кристаллической решетки атомы кремния. Пятивалентный атом мышьяка вступает в ковалентные связи с четырьмя атомами кремния, а его пятый электрон оказывается незанятым в связях (рис. 155). [c.155]

В то же время, при наличии в диэлектрике примесных атомов, свободные носители заряда могут появиться за счет термической активации примесных уровней. Вследствие этого при нормальных и низких температурах проводимость в диэлектриках имеет примесный характер. Так же, как и в полупроводниках, носителями заряда здесь могут быть электроны и дырки. Если примесь имеет донорный характер, то основными носителями заряда являются электроны, а неосновными — дырки. Такой диэлектрик (по аналогии с полупроводником) называют электронным или диэлектриком п-типа. Если же примесь акцепторная, то основными носителями являются дырки. В этом случае диэлектрик называют дырочным или р-типа. [c.272]

Примесное поглощение наблюдается в полупроводниках и диэлектриках, содержащих примесные атомы. В этом случае поглощение света связано с возбуждением примесных центров или с их ионизацией. Например, в материале л-типа электроны с донорных уровней могут быть возбуждены в зону проводимости. Если доноры (или акцепторы) вносят в запрещенную зону мелкие уровни, то наблюдать примесное поглощение можно лишь при достаточно низких температурах. Действительно, в области высоких температур все эти уровни ионизованы за счет термического возбуждения. Так как энергия ионизации примесных уровней меньше, чем энергия, требуемая для перевода электронов из валентной зоны в зону проводимости, то полосы примесного поглощения лежат за краем собственного поглощения. [c.312]

Приведенные данные показывают, что электрические и оптические свойства аморфных полупроводников похожи на свойства кристаллических полупроводников, но не тождественны им. Это сходство, как показал специальный анализ, обусловлено тем, что энергетический спектр электронов и плотность состояний для ковалентных веществ, которым относятся полупроводники, определяются в значительной мере ближним порядком в расположении атомов, поскольку ковалентные связи короткодействующие. Поэтому кривые N (е) для кристаллических и аморфных веществ во многом схожи, хотя и не идентичны. Для обоих типов веществ обнаружены энергетические зоны валентная, запрещенная и проводимости. Близкими оказались и общие формы распределения состояний в валентных зонах и зонах проводимости. В то же время структура состояний в запрещенной зоне в некристаллических полупроводниках оказалась отличной от кристаллических. Вместо четко очерченной запрещенной зоны идеальных кристаллических полупроводников запрещенная зона аморфных полупроводников содержит обусловленные топологическим беспорядком локализованные состояния, формирующие хвосты плотности состояний выше и ниже обычных зон. Широко использующиеся модели кривых показаны на рис. 12.7 [68]. На рисунке 12.7, а показана кривая по модели (Мотта и Дэвиса, согласно которой хвосты локализованных состояний распространяются в запрещенную зону на несколько десятых эВ. Поэтому в этой модели кроме краев зон проводимости (бс) и валентной (ev) вводятся границы областей локализованных состояний (соответственно гл и ев). Помимо этого авторы модели предположили, что вблизи середины запрещенной зоны за счет дефектов в случайной сетке связей (вакансии, незанятые связи и т. п.) возникает дополнительная зона энергетических уровней. Расщепление этой зоны на донорную и акцепторную части (см. рис. 12.7, б) приводит к закреплению уровня Ферми (здесь донорная часть обусловлена лишними незанятыми связями, акцепторная — недостающими по аналогии с кристаллическими полупроводниками). Наконец, в последнее время было показано, что за счет некоторых дефектов могут существовать и отщепленные от зон локализованные состояния (см. рис. 12.7, в). Приведенный вид кривой Л (е) позволяет объяснить многие физические свойства. Так, например, в низкотемпературном пределе проводимость должна отсутствовать. При очень низких температурах проводимость может осуществляться туннелированием (с термической активацией) между состояниями на уровне Ферми, и проводимость будет описываться формулой (12.4). При более высоких температурах носители заряда будут возбуждаться в локализованные состояния в хвостах. При этом перенос заряда [c.285]

При введении в кремний атома элемента V группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева (например, мышьяка As) четыре из пяти его валентных электронов вступают в связь с четырьмя валентными электронами соседних атомов кремния и образуют устойчивую оболочку из восьми электронов. Девятый электрон оказывается слабо связанным с ядром пятивалентного элемента, он легко отрывается и превращается в свободный электрон (рис. 3.5, в), дырки при этом не образуется. На энергетической диаграмме этот процесс соответствует переходу электрона с уровня доноров (f jj в свободную зону (рис. 3.5, г). Примесный атом превращается в неподвижный ион с единичным положительным зарядом. Примесь этого типа называется донорной, а полупроводники, в которые введены атомы доноров, - электронными или п-типа электропроводности. В таких полупроводниках свободных электронов больше, чем дырок, и они обладают преимущественно электронной электропроводностью. [c.51]

Такой полупроводник называется электронным или п-типа, а примесь, отдающая электроны, носит название донорной. [c.270]

Рассмотрим кристаллическую решетку германия с примесью мышьяка — элемента пятой группы, у которого на внешней орбите расположено пять электронов (рис. 8-2, б). Попав в узел решетки германия и связав четыре из своих электронов, такая примесь дает избыточный слабо связанный электрон /, который под влиянием тепловой энергии может начать беспорядочно блуждать по кристаллу, а под воздействием электрического поля он станет направленно перемеш,аться (электропроводность типа п). Атом примеси, потерявший электрон, представляет собой положительно заряженную частицу, неподвижно закрепленную в данном месте решетки полупроводника. В рассмотренном случае примесь элемента пятой группы периодической системы будет донорной. [c.235]

В отличие от собственных полупроводников, в которых проводимость осуществляется одновременно электронами и дырками, в примесных полупроводниках проводимость обусловливается в основном носителями од1Юго знака электронами в полупроводниках донорного типа и дырками в полупроводниках акцепторного типа. Эти носители называются основными. [c.170]

Фотопроводимость. Внутренний фотоэффект, или фотопроводимость, — это явление возникновения внутри полупроводника избыточных носителей тока под действием освещения. В простейшем случае собственного полупроводника излучение возбуждает валентные электроны в зоне проводимости, где они находятся в свободном состоянии и могут участвовать в процессе переноса заряда. Вклад в прО Зодимость дают также возникаюш,ие в валентной зоне дырки. В примесном полупроводнике -типа кроме собственного фотоэффекта возможно еще возбуждение электронов из связанных состояний на донорных центрах в зону проводимости. Аналогичным образом в полупроводниках р-типа возможно возбуждение электронов из валентной зоны на акцепторные уровни, создавая тем самым подвижные дырки. Характерно, что в обоих случаях" примесной фотопроводимости в кристалле генерируются свободные носители только одного знака. Так же, как и внешний фотоэффект, фотопроводимость проявляется в однородном материале в присутствии внешнего электрического поля. [c.346]

В первом случае атомы легирующей примеси имеют большее число валентных электронов, чем атомы полупроводника. Такую примесь называют донорной. Вследствие введения донорной примеси после образования химических связей примесного атома с окружающими его атомами полупроводника один валентный электрон оказывается лишним , т. е. не участвует в химических связях. Поэтому достаточно лишь небольшой энергии Ео (рис. 3, б), чтобы оторвать от примесного атома и сделать свободным этот валентный электрон, т. е. перевести его в зону проводимости. При этом образуется неском-пенсированный положительный заряд, который отличается от положительно заряженной дырки, способной перемещаться по кристаллу, тем, что остается неподвижным в кристаллической решетке. Легирование полупроводника донорной примесью увеличивает концентрацию электронов в зоне проводимости при неизменной концентрации дырок в валентной зоне. При этом электропроводность осуществляется в основном электронами, находящимися в зоне проводимости. Такие полупроводники называют электронными, или полупроводниками п-типа электропроводности. [c.8]

Условно будем считать, что п- и р-полупроводники приведены в идеальное соприкосновение (рис. 8.9, б). Так как в /г-пол у проводнике много электронов, а в р-полупроводнике много дырок, между полупроводниками начнется интенсивный обмен носителями заряда. За счет разности концентраций электроны из полупроводника га-типа диффундируют в полупроводник р-типа, оставляя в прикон-тактной области полупроводника л-типа нескомпенсированный положительный заряд ионов донорной примеси. Дырки, в свою оче- [c.280]

Сурьмянистый индий. Полупроводник этого типа получают сплавлением компонентов, после чего сплав подвергают зонной плавке для удаления посторонних примесей. Монокристаллы получают вытягиванием из расплава. Температура плавления = 523° С, энергия запрещенной зоны невелика, = 0,18зв. Основная акцепторная-при-месь — цинк, донорная — теллур. Энергия активации доноров порядка 10 эв. Подвижность электронов достигает огромной величины [c.195]

Пусть внутренней границей раздела двух областей полупроводника с различным типом проводимости является плоскость ММ (рис. 8,11, а) слева от нее находится полупроводник р-типа, например р-германнй с концентрацией акцепторов Л/д, справа — полупроводник -типа ( -германий) с концентрацией доноров УУд. Для простоты будем считать, что /Vg = Л/д и равно, например, 10" м . На рис. 8.11, б показано изменение концентрации акцепторных и донорных атомов при перемещении вдоль оси х, перпендикулярной плоскости ММ. В точке О, лежащей в этой плоскости, скачкообразно падает до нуля, Л д скачкообразно увеличивается от нуля до N.. [c.219]

Полупроводниковые лазеры, в которых возбуждение осуш,е-ствляется при инжекции носителей через р—я-переход, получили название инжекционных ПКГ. Типичным представителем этой группы полупроводниковых квантовых генераторов является лазер на р— -переходе в арсениде галлия. Акцепторными примесями в кристалле арсенида галлия являются цинк, кадмий и др., донорными примесями — теллур, селен и др. Схема такого лазера приведена на рис. 42. Кристалл имеет размеры 0,5—1 мм . Верхняя его часть представляет собой полупроводник р-типа, нижняя — м-типа, между ними имеется р—п-переход. Толш,ина р—п-перехода 0,1 мкм, излучающий слой имеет несколько большую величину, 1—2 мкм, вследствие проникновения электронов и дырок через р— -переход в глубь кристалла. [c.61]

В чистом германии и кремнии количество освобождающихся электронов равно количеству дырок, ио если искусственно к этим четырехвалентным элементам добавить немного атомов другого вещества, можно получить преобладание п- или р-проводимости. Пятивалентные элементы сурьма, мышьяк, фосфор — донорные примеси — они отдают свой пятый легковозбуждающийся свободный электрон в решетку германия или кремния и создают полупроводник (п-типа) с электронной проводимостью. Трехвалентные элементы индий, алюминий, бор — акцепторные примеси для обеспечения связи между атомами (ионами) — забирают один (четвертый) электрон германия или кремния, образуя электронную дырку, создают дырочный тип (р-тип) проводимости. Кроме германия и кремния, для полупроводников применяется еще ряд других элементов, а также химических, соединений, керамических комплексов и полимеров. [c.464]

На рис. 13.2 изображена пластинка полупроводника д-типа, обозначены ее размеры, а также направления тока, протекающего через полупроводник, и магнитного поля. Движущиеся электроны, создающие ток вдоль полупроводника, б дут отклоняться силой Лорентца в соответствии с правилом левой руки к задней грани полупроводника. У передней грани останутся пескомпенсированные ионы донорной примеси. [c.92]

Один из наиболее распространенных методов изготовления подобных структур (диффузионный) основан на диффузии при температуре 1000 + 1300°С акцепторной примеси в доиорный полупроводник иди донорной примеси - в акцепторный. Диффузия может происходить из газообразной, жидкой или твердой зы при этом граница областей 1фисталла с электронным или дырочным типом проводимости и будет являться областью перехода. Из-за того, что концентрация легирующей примеси при диффузии спадает вглубь образца постепенно, изготовленный этим методом переход получается плавным. Резкий переход, в котором концентрация доноров и акцепторов на границе слоев е различным типом проводимости меняется скачком, можно лучить эпитаксиальным методом, осаждая иа подложку, наприм з, пластину полупроводника п-типа, плешо акцепторного полупроводника. [c.166]

ПолупроБодиики IV группы — Si и Ge могут стать полупроводниками л-типа после введения небольших концентраций донорных примесей элементов V группы — Р или As. Они же могут стать полупроводниками р-типа в результате введения акцепторных примесей — элементов III группы — В или Ga. [c.198]

Отметим, что в нримесном полупроводнике п-типа концентрация свободных эле <троиов Ппо будет совпадать с концентрацией донорной примеси По- А-налогичио в полупроводнике р-типа мы можем предположить, что р ро совпадает с пл — суммарной концентрацией акцепторной примеси. Тогда, используя (7.3.1), получим [c.201]

Примеси, увеличивающие число свободных электронов в полупроводнике, называют донорными примесями (донор — дающий), а полупроводник, имеющий донорную примесь и обладающий электронной проводимостью, называют полупроводником л-типа (от слова negative — отрицательный). Полупроводники, в которых основными носителями тока являются дырки , называют полупроводниками р-типа (от слова positive — положительный), а примеси, создающие дырочную проводимость, называют акцепторными (акцептировать — захватывать). [c.139]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...