Собственная и примесная проводимости полупроводников

Рассмотрим термоэлектрические явления в полупроводниках с собственной и примесной проводимостью. [c.497]

Физические свойства германия приведены в табл. 8-3. Удельная проводимость германия с различной концентрацией мышьяка зависит от температуры. Из рис. 8-17 видны области температур, в которых проявляются собственная и примесная составляющие электропроводности германия. Кроме того, видно, что при большом содержании примесей (кривая 6) имеем вырожденный полупроводник. [c.254]

Примесная проводимость полупроводников. Температурная зависимость электропроводности невырожденных примесных полупроводников, как и собственных, определяется в основном температурой зависимостью концентрации носителей. Поэтому качественный характер кривой зависимости а (Т) аналогичен кривой зависимости п (Т), показанной на рис. 6.4, в. [c.191]

В зависимости от влияния примесей на проводимость различают собственные и примесные полупроводники. [c.334]

Полупроводники. Собственная и примесная электропроводность. Электронная и дырочная проводимость. [c.319]

Опыт показывает, что с увеличением концентрации доноров (или акцепторов) наклон прямых 1па от 1/Т в области примесной проводимости уменьшается. Согласно (7.168) это значит, что уменьшается энергия ионизации примеси. При некоторой критической концентрации она обраш,ается в нуль. Для элементов пятой группы в германии эта критическая концентрация составляет ЗХ Х10 см , в кремнии 8-10 см . Полупроводник, в котором энергия ионизации примеси обратилась в нуль, называют часто полуметаллом. В нем концентрация электронов и электропроводность нечувствительны к температуре (кроме области температур, где начинается собственная проводимость). [c.254]

Дальнейшее увеличение концентрации примеси приводит к тему, что примесная зона продолжает расширяться и сливается (образец п-типа) с зоной проводимости (рис. 44, в Ес и Е — бывшие границы зоны проводимости и валентной зоны EF — уровень Ферми в отсутствие компенсации). Энергия активации примеси при этом обращается в нуль. В таком материале уже нельзя провести четкое различие между зоной проводимости и примесной имеется единая область дозволенных значений энергии, проникающая в глубь запрещенной зоны. Эту область по-прежнему будем называть примесной. Полупроводник, в котором примесная зона слилась с ближайшей к ней собственной зоной кристалла, называется сильно легированным. [c.121]

Область t простирается от температуры истощения примеси Т, до температуры перехода к собственной проводимости Т,-. В этой области все примесные атомы ионизированы, но еще не происходит заметного возбуждения собственных носителей, вследствие чего концентрация носителей сохраняется приблизительно постоянной и равной концентрации примеси п = Л . Поэтому температурная зависимость проводимости полупроводника в этой области определяется температурной зависимостью подвижности носителей. Есл.и [c.192]

Атомы — акцепторы легко присоединяют к себе добавочный электрон. Если эти электроны поступают из валентной зоны, то в ней образуются дырки, обусловливающие примесную дырочную проводимость. И в том, и в другом случае примесная проводимость, как правило, во много раз превосходит собственную проводимость. За дальнейшими подробностями относительно свойств полупроводников с примесями мы отсылаем читателя к специальной литературе [12, 14]. [c.287]

В кристаллах с ковалентной связью проводимость электрического тока может осуществляться как путем перемещения электронов (электронная, или п-проводимость), так и путем перемещения дырок (дырочная, или р-проводимость). Вследствие большой подвижности электронов в идеальных кристаллах химически чистого полупроводника электронная проводимость превалирует. В реальных кристаллах химически чистых германия и кремния может превалировать дырочная проводимость из-за неизбежных дефектов в упаковке атомов (дислокации вакансии границы зерен, блоков и т.д.). Проводимость в химически чистом полупроводнике называется собственной проводимостью. Однако получить химически чистые элементы весьма сложно. Вследствие этого полупроводники всегда содержат примеси, которые изменяют характер и значение проводимости. Электрическая проводимость, обусловленная присутствием примесей в полупроводнике, называется примесной. [c.587]

При комнатной температуре в полупроводниках имеет место преимущественно примесная проводимость (электронная или дырочная). С повышением температуры общая проводимость полупроводников возрастает. В области высоких температур преобладает собственная проводимость, при которой имеют место оба типа проводимостей электронная и дырочная. Типичная кривая, показывающая зависимость проводимости полупроводников от температуры, приведена на рис. 74. С понижением температуры у полупроводниковых материалов сопротивление увеличивается. [c.261]

При комнатной температуре в полупроводниках наблюдается преимущественно примесная проводимость (электронная или дырочная). С повышением температуры общая проводимость полупроводников возрастает. В области высоких температур преобладает собственная проводимость, при которой может быть и электронная и дырочная проводимость. [c.308]

Фотоэлектрические явления в полупроводниках. Если па полупроводник падает свет с длиной волны, нри к-рой происходит собственное или примесное поглощение, то число носителей в полупроводнике увеличивается и его проводимость возрастает (см. Внутренний фотоэффект). Число дополнит, носителей в стационарных условиях определяется интен- [c.525]

Проводимость, обусловленная электронами и дырками, возникающими при перебросе электронов из валентной зоны в зону проводимости, называется собственной проводимостью. Большинство других полупроводников относится к типу легированных, т. е. содержат те или иные примесные атомы. Они обладают несобственной или примесной проводимостью, так как их проводимость обусловлена природой и количеством примесей. [c.292]

Будем различать примесные несобственные) полупроводники (задача 16.5) и полупроводники с собственной проводимостью (задача 16.1) при температуре Т. В примесном полупроводнике ширина запрещенной зоны, отделяющей почти заполненную зону от почти пустой, значительно больше кТ, тогда как в полупроводнике с собственной проводимостью она сравнима с кТ. В первом случае вещество было бы изолятором, если бы не влияние примесей (неизбежно присутствующих в любом веществе), играющих роль источника электронов или дырок. Механизм, при помощи которого это происходит, рассматривается в задаче 19.1, [c.489]

ОБЩИЕ СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ ПРИМЕРЫ ЗОННОЙ СТРУКТУРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВ ЦИКЛОТРОННЫЙ РЕЗОНАНС СТАТИСТИКА НОСИТЕЛЕЙ ТОКА ПРИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОМ РАВНОВЕСИИ СОБСТВЕННЫЕ И НЕСОБСТВЕННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ ЗАПОЛНЕНИЕ ПРИМЕСНЫХ УРОВНЕЙ ПРИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОМ РАВНОВЕСИИ РАВНОВЕСНЫЕ КОНЦЕНТРАЦИИ НОСИТЕЛЕЙ ТОКА В ПРИМЕСНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ ПРОВОДИМОСТЬ ЗА СЧЕТ ПРИМЕСНОЙ ЗОНЫ ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В НЕВЫРОЖДЕННЫХ ПОЛУПРОВОДНИКАХ [c.184]

Рис. 3. Разрешённые и запрещённые зоны а — диэлектрика б — металла в, г, д, е — полупроводников с разными типами проводимости (в — собственной, г — примесной, п-типа, д —примесной р-типа, е — смешанной) чёрные точки — эл-ны кружочки — дырки.

При росте температуры в примесном полупроводнике концентрация свободных электронов, вырванных из ковалентных связей, возрастает, а плотность примесных электронов остается постоянной, так как примесные атомы уже полностью ионизированы при комнатной температуре. Поэтому с повышением температуры роль собственной проводимости начинает возрастать и, начиная с некоторой температуры, станет преобладающей. Очевидно, что температура перехода от примесной проводимости к собственной будет зависеть от плотности примесных атомов и от ширины запрещенной зоны. [c.34]

Температурная зависимость удельного сопротивления полупроводника, в который добавлено небольшое количество примеси, показана на рис. 5.7 [12]. На практике в полупроводнике всегда присутствуют как донорные, так и акцепторные примеси, и разработчик полупроводниковых термометров сопротивления может лишь выбирать соотношение между теми и другими. Для описания процессов проводимости рассмотрим германий, содержащий донорные атомы мышьяка в концентрации N(1 и какие-либо акцепторные атомы в концентрации Л а-На рис. 5.7 можно выделить четыре температурных диапазона, в каждом из которых преобладает какой-либо один механизм проводимости". В высокотемпературном диапазоне [I] проводимость обусловлена главным образом электронами, термически возбужденными из валентной зоны в зону проводимости согласно уравнению (5.8), поскольку все примесные атомы давно уже ионизованы. Это область собственной проводимости для германия она начинается чуть выше 400 К. Этот диапазон не представляет особого интереса для германиевых термометров сопротивления. [c.198]

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]

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]

Функция Ферми-Дирака (3.2), (3.3) справедлива не только для собственных, но и для примесных полупроводников. В полупроводниках п-типа большое количество электронов переходит в зону проводимости с уровней доноров, при этом дырки в валентной зоне не появляются. Поэтому вероятность появления электрона в зоне проводимости выше вероятности появления дырки в валентной зоне. Это, очевидно, возможно в том случае, если уровень Ферми Wf будет смещен от середины запрещенной зоны Wi в сторону дна зоны проводимости. Чем выше концентрация атомов доноров в полупровод- [c.55]

На рис. 3.11 приведена температурная зависимость концентрации электронов в зоне проводимости для полупроводника п-типа. На кривой имеются три характерных участка аб - для примесной электропроводности, бв - для области истощения примеси и вг - для собственной электропроводности. [c.58]

Полупроводники любой степени чистоты всегда содержат примесные атомы, создающие свои собственные энергетические уровни, получившие название примесных уровней. Эти уровни могут располагаться как Б разрешенной, так и в запрещенной зонах полупроводника на различных расстояниях от потолка валентной зоны и дна зоны проводимости. В ряде случаев примеси вводят сознательно для придания полупроводнику необходимых свойств. [c.156]

Наряду с процессами образования пар электрон—дырка в полупроводнике имеет место и обратный процесс — рекомбинация электрона и дырки с переходом электрона из зоны проводимости в валентную зону и испусканием при этом кванта энергии hv. В результате действия двух процессов — образования электронов и дырок и их рекомбинации — в полупроводнике устанавливается равновесная концентрация электронов и дырок, зависящая от температуры. Чистый полупроводник, не содержащий никаких примесей, называется собственным полупроводником, так как он обладает при некоторой температуре Т собственной проводимостью . Кроме собственных полупроводников существуют также примесные полупроводники , в которых часть атомов замещена атомами примеси. [c.56]

При собственном и примесном поглощениях возникают избыточные свободные носители заряда, приводящие к увеличению проводимости полупроводника. Процесс внутреннего освобождения электронов под действием света называется внутренним фотоэффектом. Добавочная проводимость, приобретаемая полупроводником при облучении светом, называется фотопроводимостью. Основная, же проводимость, обусловленная тепловым возбуждением свободных носителей заряда, называется темновой проводимостью. Приборы, предназначенные для регистрации светового излучения по< величине фотопроводимости, называются фоторезисторами. [c.324]

Собственные и примесные полупроводники. Собств. П. содержит электроны и дырки в одинаковом кол-ве п = р — щ. Эти электроны и дырки возникли, вапр., за счёт теплового заброса электронов из валентной зоны в зону проводимости, В собств. П. уровень Ферми находится примерно посредине запрещённой зоны и определяется выражением [c.39]

Кроме собственной проводимости, в полупроводниках наблюдается еще и примесная проводимость. Она появляется благодаря присутствию в полупроводнике атомов некоторых примесей. Если, например, в кремнии имеется примесь сурьмы или другого элемента пятой группы таблицы Д. И. Менделеева, то происходит следующее явление. Атом сурьмы имеет пять валентных электронов, четыре из них образукзт ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый электрон очень легко переходит в зону проводимости. Таким образом, получается полупроводник (кремний) п-тина с электронной проводимостью. Название п-тип произошло от английского слова negative — отрицательный. Добавки, подобные сурьме, создающие электроны проводимости в полупроводниках, называются донорами. Электрический ток в полупроводниках п-типа осуществляется только электронами доноров, поскольку их в 10 —10 раз больше, чем собственных носителей зарядов полупроводника. [c.19]

Акцепторные уровни расположены выше потолка валентной зоны, и при наличии энергии активации АЕд электроны л-гз валентной зоны могут переходить на указанные уровни, -оставляя в зоне незанятые энергетические уровни — дырки. Этот переход сопровождается превращением акцепторов в отрицательно заряженные ионы, которые также не участвуют н электропроводности. Такой полупроводник называют примесным полупроводником р-типа (для него характерна дырочная проводимость). Таким образом, в противоположйость собственной проводимости примесная проводимость осуществляется носителями заряда только одного знака — электронами, которые поставляются донорами в свободную зону, нли дырками путем захвата электронов из валентной зоны акцепторами. [c.92]

Температурная аасисимость удельной проводимости полупроводника есть результат изменения концентрации и подвижности носителей заряда (рис. 8-6). В области низких температур полупроводник характеризуется примесной электропроводностью, а в области высоких температур — собственной электропроводностью. В области примесной электропроводности приведены три кривые для различных значений концентрации примесей, вплоть до вырождения полупроводника, когда зависимость его удельной проводимости в некотором интервале температур стано-аится подобной зависимости удельной проводимости металлов. [c.243]

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]

Экситоны. Как уже указывалось, при возбуждении собственной фотопроводимости электроны из валентной зоны перебрасываются в зону проводимости и становятся свободными. Однако возможно и иное течение процесса, когда возбужденный электрон не разрывает связи с дыркой, возникающей в валентной зоне, а образует с ней единую связанную систему. Такая система была впервые рассмотрена Я. И. Френкелем и названа им экситоном. Экситон сходен с атомом водорода в обоих случаях около единичного положительного заряда движется электрон и энергетический спектр является дискретным (рис. 12.9). Уровни энергии экситоиа располагаются у дна зоны проводимости. Так как экситоны являются электрически нейтральными системами, то возникновение их в полупроводнике не приводит к появлению дополнительных носителей заряда, вследствие чего поглощение света не сопровождается увеличением проводимости полупроводника. При столкновении же с фоноиами, примесными атомами и другими дефектами решетки экситоны или рекомби-иируют, или разрываются . В первом случае возбужденные атомы переходят в нормальное состояние, а энергия возбуждения передается решетке или излучается в виде квантов света во втором случае образуется пара носителей — электрон и дырка, которые обусловливают повышение электропроводности полупроводника, [c.327]

В полупроводниках носителями заряда, обусловливающими электрическую проводимость, являются дырки-проводимости и электроны. Полу проводник, не содержащий примесей влияющих на его электропровод1 ость называется собсгвенным полупроводии ком. Электропроводимость собствен-ио полупроводника в равновесном состоянии обусловлена как дырками проводимости, так и электронами проводимости, причем их концентрации равны. Полупроводник, электропроводность которого определяется примесями, называется примесным полупроводником. Полупроводник, электрическая проводимость которого обусловлена в основном перемещением дырок проводимости, будет дырочным нолу проводником. У электронного полупроводника проводимость обусловлена в основном электронами прО водимостн. [c.568]

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 правой части равенства уже не содержится значение уровня Ферми Ен. Полученное выражение представляет собой закон действующих масс. Поскольку при выводе соотношения (3.41) не предполагалось, что проводимость будет собственной, следовательно, оно будет оправедливо и в присутствии примесей. Единственное условие для примесных полупроводников состоит в том, что энергетическое расстояние уровня Ферми от краев обеих зон должно быть велико по сравнению с коТ. [c.114]

В области очень низких температур, когда ионизация примесных уровней перестает быть полной, уровень Ферми занимает промежуточное положение (конкретно для донорного полупроводника) между донорным уровнем и дно.м зоны проводимости. Общий ход изменения положения уровня Ферми с температурой внутри запрещенной зоны (в отсут-ств1ие Вырожяен1ия) пю,каза1Н на рис. 43, где пунктиром обозначено положение уровня Ферми в собственной области (а — донорный образец, б — акцепторный). [c.118]

Примесные полупроводники донор-ного типа. В характере зависимости положения уровня Ферми и концентрации свободных носителей заряда примесных полупроводниках от температуры можно условно выделить три области область низких температур, истощения примеси и перехода к собственной проводимости. [c.164]

Иная ситуация имеет место в вырожденных полупроводниках. Слабое вырождение приводит к уменьшению коэффициентов поглощения на частотах, близких к краю собственного поглощения. Сильное же вырождение вообще сдвигает край поглощения в сторону более коротких волн. Этот эффект называют сдвигом Бурштейна. Он отчетливо проявляется в полупроводниках с малой плотностью состояний у дна зоны проводимости (или у потолка валентной зоны), в которых сильное вырождение достигается при сравнительно малых уровнях легирования. Так, в InSb легирование донорами (концентрация 5 10 м ) приводит к сдвигу длинноволновой границы собственного поглощения с 7,1 до 3,5 мкм. Во многих же случаях сдвиг Бурштейна маскируется другим эффектом сильного легирования — изменением плотности состояний у краев энергетических зон. Это изменение происходит вследствие размытия примесных уровней в примесную зону и слияния последней с зоной проводимости или с валентной зоной. [c.322]

Удельная проводимость электронного полупроводника равняется сумме примесной 7 р и собственной Усоб удельной электрической проводимости [c.64]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...