Примеси в полупроводниках и концентрация носителей тока

Во многих веществах С. з, зависит от наличия посторонних примесей. В полупроводниках и диэлектриках С. 3. чувствительна к концентрации примесей. Так, при легировании полупроводника примесью, увеличивающей число носителей тока, С. з. уменьшается с увеличением концентрации С. 3. в полупроводниках слабо возрастает при уменьшении темп-ры. [c.328]

Если в полупроводник одновременно вводятся и донорные и акцепторные примеси, то характер проводимости (ее п- или р-тип) определяется примесью с более высокой концентрацией носителей тока — электронов или дырок. При любом типе электропроводности полупроводника концентрация носителей тока в нем значительно меньше, чем в металлах. Но величина этой концентрации, как и энергия носителей тока в полупроводниках, в отличие от металлов, зависит весьма сильно от температуры. При нагревании число носителей тока резко возрастает. [c.247]

Из особенностей электропроводности полупроводников вытекает ряд важных закономерностей. С увеличением температуры проводимость полупроводников увеличивается, что объясняется увеличением концентрации носителей тока, так как с увеличением температуры существенно облегчается переброс электронов из занятой зоны в незанятую зону акцепторной примеси или из занятой зоны донорной примеси в основную незанятую зону. Зависимость проводимости полупроводников от температуры может быть характеризована той же формулой, что и диэлектриков (см. (2-31)]. [c.319]

Как известно, электрические свойства полупроводников в. значительной степени определяются наличием примесей. Примеси в полупроводниках создают дополнительные уровни энергии электронов в запрещенной области между последней заполненной зоной (валентной) и первой пустой зоной (зоной проводимости). Уровни могут быть мелкими, т. е. лежать у края валентной зоны (акцепторы) или зоны проводимости (доноры), а также глубокими,, т. е. лежать в глубине запрещенной зоны. Если концентрация примеси, создающей мелкие уровни, велика, то примесные уровни расширяются в зону, которая наползает на зону проводимости или валентную зону. При этом полупроводник становится вырожденным , т. е. в нем возникает конечное число носителей тока в зоне при 7 = 0. Такой полупроводник фактически является полуметаллом, т. е. в этом случае контакт з—зт—з переходит в контакт —п—8. [c.480]

Учет экранирования в теории локальных уровней представляется существенным не только (и не столько) в чисто количественном, сколько в принципиальном отношении. Действительно, радиус экранирования в силу (21.7) и (21.12) зависит от концентрации свободных зарядов и от температуры. Последняя неявно входит и в выражение (21.12), ибо от нее зависит концентрация п. Это означает (в полном соответствии с общей дискуссией 16), что энергия ионизации примеси в полупроводнике есть не чисто механическая, а термодинамическая величина. То же относится, очевидно, и к энергиям возбуждения (если кроме основного примесного уровня есть и возбужденные), к числу уровней, создаваемых данным структурным дефектом, и вообще ко всем без исключения характеристикам примесных состояний они зависят от Т и п, т. е. от положения уровня Ферми в кристалле (в частности, и от концентрации как данной, так и посторонней примеси). Таким образом, оказывается возможным, меняя значения Т и п, в известной мере управлять энергетическим спектром полупроводника. При этом существенно, что в экранировке принимают участие не только равновесные, но и неравновесные носители тока. Действительно, время жизни последних определяется процессами рекомбинации, экранировка же, очевидно, устанавливается полностью, коль скоро достигается равновесное распределение свободных зарядов (при заданном общем их числе) и устанавливается статическое значение поля. Первый из названных процессов характеризуется временем свободного пробега, второй—максвелловским временем релаксации. Оба [c.208]

Концентрации носителей Па и ра называют равновесными они устанавливаются при наличии термодинамического равновесия. В таком полупроводнике скорость тепловой генерации носителей заряда (генерации за счет теплового возбуждения) равна скорости их рекомбинации. Поэтому По и ро остаются постоянными при неизменной температуре. В собственном беспримесном полупроводнике Па=Ро, носители генерируются и рекомбинируют парами. В примесных полупроводниках с донорными примесями (п-полупроводниках) По>ро, а в полупроводниках с акцепторными примесями (р-полупроводниках) п <ро, здесь наряду с парными процессами происходят также одиночные процессы генерации и рекомбинации носителей. Определяемая выражением (7.3.1) проводимость Оо называется равновесной. Она обусловливает электрический ток, возникающий в неосвещенном полупроводнике при приложении к нему раз-и сти потенциалов (так называемый темповой ток). [c.174]

Важной характеристикой полупроводников является также время жизни примесных носителей электрического тока. Б полупроводнике одновременно с процессом возникновения свободных электронов и дырок идет обратный процесс рекомбинации электроны из зоны проводимости вновь возвращаются в валентную зону, ликвидируя дырки. В результате концентрация носителей уменьшается. При данной температуре между этими двумя процессами устанавливается равновесие. Среднее время, в течение которого носитель существует до своей рекомбинации, называют временем жизни. Расстояние, которое успеет пройти за это время носитель, называют диффузионной длиной. Некоторые примеси и дефекты уменьшают время жизни носителей электрического тока и тем самым ухудшают работу прибора. Для хорошей работы полупроводникового прибора время жизни носителей должно быть не меньше, чем 10 с. [c.588]

Количество носителей тока, возникающих при введении примеси каждого вида в отдельности, зависит от концентрации примеси и энергии ее ионизации в данном полупроводнике. Однако большинство практически используемых примесей при комнатной температуре полностью ионизировано, поэтому концентрация носителей, создаваемая при этих условиях примесями, определяется только их концентрацией и для многих из них равна числу введенных в полупроводник атомов примеси. [c.150]

При вычислении подвижности носителей тока в примесном полупроводнике необходимо учитывать не только рассеяние, вызываемое колебаниями решетки, но и рассеяние на самих атомах примесей. Рассеяние на примесях в большинстве полупроводников (при достаточно малой концентрации носителей, когда они подчиняются статистике Максвелла — Больцмана, т. е. имеет место так называемый невырожденный случай) изменяется с изменением температуры. Если учитывать только рассеяние на ионизированных атомах примесей, то можно показать, что [c.162]

Примеси вносят изменения в электропроводность полупроводников. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей электрического тока — электронов и дырок. Возможность управления числом носителей тока (нагреванием или действием других факторов, например освещением) лежит в основе широкого применения полупроводников в науке и технике. В металлах такая возможность отсутствует (П 1.2.1.7°). [c.246]

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]

Акцептор — структурный дефект в кристаллической решетке полупроводника, способный присоединять к себе электроны из валентной зоны или с других примесных центров. Акцепторы, захватывая электроны из валентной зоны, увеличивают концентрацию дырок и уменьшают концентрацию свободных электронов. В полупроводнике, содержащем акцепторные примеси, электрический ток переносится преимущественно дырками (основными носителями заряда в нем являются дырки, а неосновными — электроны), обусловливая примесную дырочную проводимость. Такой полупроводник называется полупроводником р-типа. [c.117]

Электропроводность полупроводников обычно зависит от наличия в них примесей и дефектов решетки и в определенном температурном интервале быстро увеличивается с ростом температуры. В гл. 3 мы показали, что примеси элементов П1 и V групп в решетке элементов IV группы являются соответственно акцепторами и донорами электронов. В полупроводниковых соединениях соответствующие примеси ведут себя аналогично. Вакансии также относятся к числу дефектов, оказывающих влияние на электропроводность. Энергию, необходимую для отрыва электрона от донора или присоединения электрона к акцептору, называют энергией ионизации примеси или дефекта. Энергетические уровни простых доноров и акцепторов расположены в запрещенной зоне, вблизи зоны проводимости и валентной зоны соответственно (рис. 37), а энергия ионизации определяется как разность энергии между примесным уровнем и соответствующей зоной. Если в кристалле одновременно присутствуют доноры и акцепторы электронов, то электроны с донорных уровней перейдут на акцепторные и не дадут никакого вклада в электропроводность поэтому число примесных носителей тока при одновременном присутствии доноров и акцепторов определится как (Ш]—[Л]), т. е. как разность концентраций доноров и акцепторов. Если Ш]>>ГЛ], полупроводник относится к [c.72]

Электропроводность зависит как от концентрации, так и от подвижности носителей. Для металлов на основе простых представлений о валентности нетрудно определить концентрацию носителей, а следовательно, и определить их подвижность. Установить концентрацию носителей в полупроводниках несколько труднее. Можно провести полный химический анализ и определить концентрацию донорных и акцепторных примесей. Однако проще и удобнее ее находить из измерений эффекта Холла. Если приложить магнитное поле в направлении, перпендикулярном направлению тока в полупроводниках, то в третьем направлении, перпендикулярном двум первым, возникает электродвижущая сила, пропорциональная силе тока и напряженности магнитного поля. Константа пропорциональности, как нетрудно показать (см. задачу 4.3), прямо определяет концентрацию носителей и их знак. Зная величину удельной электропроводности, легко вычислить подвижность носителей. [c.75]

При приложении электрического ноля к однородному полупроводнику (концентрация примеси постоянна по всему объему полупроводника) свободные носители заряда под действием этого поля приходят в движение и величина плотности возникшего электрического тока, как это следует из (1-3), равна [c.23]

X. э.—один из наиболее эфф. методов изучения эиерге-тич. спектра носителей заряда в металлах и полупроводниках. Зная R, можно определить знак носителей заряда и оценить их концентрацию, что позволяет сделать заключение о кол-ве примесей в полупроводниках. Линейная зависимость R от Н используется для измерения напряжённости магн. поля (см. Магнитометры), а также для усиления пост, токов, в аналоговых вычислит, машинах, в измерит, технике и др. (Холла датчик). [c.414]

Концентрация носителей тока в полупроводниках в очень сильной степени зависит от наличия примесей. При введении в четырехвалентный германий Ge или кремний Si элементов пятой группы периодической системы Д. И. Менделеева (As, Sb, Р и др.) пятый электрон внешней оболочки примеоного атома не участвует в образовании ковалентных связей с четырьмя соседними атомами Ое и ведет себя как свободный электрон в поле кристаллической решетки. При введении же элементов третьей группы (В, А1, Ga, In и др.), которые входят в Ge как примеси замещения, в соответствующем узле решетки для насыщения четырех ковалентных связей нехватает одного электрона. Отсутствие электрона в одной из этих связей соответствует появлению в решетке свободной дырки, т. е. положительного носителя тока. [c.39]

В-четвертых, в отличие от металлов, периоды плазменных колебаний в полупроводниках (при типичных концентрациях электронов) обычно сравнимы с временами свободного пробега (обусловленными рассеянием на фононах, примесях и т. д.) или, во всяком случае, не слишком превосходят их. Поэтому плазменные частоты, которые мы вычислим из уравнещя (18.7), фактически представляют собой лишь центры тяжести довольно широких линий, а трактовка затухания не может быть достаточно полной без учета взаимодействия носителей тока с фононами. примесями и т. д. [c.180]

МАГНИТОРЕЗИСТЙВНЫЙ ЭФФЕКТ, изменение электрич. сопротивления ТВ. проводников под действием внеш. магн. поля JHГ. Различают поперечный М. э,, при к-ром электрич. ток I течёт перпендикулярно магн. полю Н, и продольный М. э. (/II ДГ). Причина М. э.— искривление траекторий носителей тока в магн. поле (см. Гальваномагнитные явления). Относительное поперечное изменение сопротивления Дp/p)J при комнатных темп-рах мало у хороших металлов (Др/р) 10- при Н - 10 Э. Исключение —В1 у к-рого (Др/р) [ 2 при Я—3 10 Э, Это позволяет использовать его для измерения магн. поля (см. Магнитометр). У полупроводников (Др/р) 10 2—10 и существенно зависит от концентрации примесей и от темп-ры, напр, у достаточно чистого Ое (Дp/p)J 3 при Г- 90 К и Я=1,8-10 Э. [c.383]

Поперечная ЭДС Ux, ток У, магнитная индукция В и толш,ина полупроводниковой пластинки h легко могут быть измерены, что позволяет вычислить значение коэффициента Холла X. В системе СИ коэффициент Холла измеряется в кубических метрах на кулон. Значение коэффициента, получаемое по формуле (8-7), справедливо только для вырожденных полупроводников, с очень большой концентрацией примеси, при которой энергия активации ее практически равна нулю и можно не учитывать распределения носителей заряда по скоростям, что и допускалось при выводе формул (8-6). Более точное значение коэффициента Холла для полупроводников с различной концентрацией примеси будегг отличаться от получаемого по формуле (8-7) множителем А. Для полупроводников различных групп (с атомной, ионной решетками) численное значение А изменяется от единицы до двух в зависимости от механизма рассеяния носителей при различных температурах (например, для германия А 1,18). Таким образом, для полупроводников п-типа [c.238]

Если привести в контакт два полупроводника р и п-типа, то вследствие того, что концентрация электронов в электронном полупроводнике, где они являются основными носителями заряда, намного больше, чем в дырочном, начнется диффузионное перемещение электронов из электронного полупроводника в дырочный. После ухода части электронов из электронного полупроводника в нем остается такое же количество нескомпенсиро-ванных не1юдвижных положительно заряженных допор-ных примесей, образующих положительный объел-шый заряд, а в дырочном полупроводнике — отрицательно заряженных акцепторных примесей, т. е. создается контактная разность потенциалов Ук (рис. 71, а). Наличие этих неподвижных зарядов создает электрическое поле, называемое диффузионным, которое препятствует даль-нейше.му переходу носителей. Состояние равновесия наступает тогда, когда суммарный ток через переход отсутствует. Еслп к такому контакту приложить внеишее напряжение Увн таки.м образом, что минус внешнего напряжения подключен к р-области, а плюс к п-области полупроводника (обратное включение р— -перехода), [c.246]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...