Електропроводимостта на легирани полупроводници

Химически чиста полупроводници, използвани в полупроводникова технология обикновено като изходен материал, който се получава на базата на полупроводници онечистване. Чрез въвеждане на примеси може значително да подобри електропроводимостта на полупроводника чрез поставяне в него значително превес на всякакъв вид мобилни носители на заряд - електрони или дупки. В зависимост от валентността на атомите на полупроводници примеси, получени с преобладаване на или електрони или проводимост дупка. Комбинацията от региони с различен тип проводимост позволява полупроводникови устройства да дават различни свойства. Сместа се прилага в много малко количество он атом на 10 6 - 10 август начална полупроводникови атома. Така атомната кристалната решетка не се нарушава.

Когато се прилага като тетравалентна полупроводников кристал като силиций или германий, Пентавалентните примес химични елементи (арсен, антимон, фосфор) атоми на примеса атоми заменят изходния материал в някои решетъчни сайтове (фиг. 1.6а). Четири валентните електрони на примеса атоми създават ковалентни връзки с четири съседни атоми на оригиналната полупроводник, и една пета електрон не се занимава в комуникацията, е излишно и лесно отделени от атом. При отделянето му е необходимо да се изразходва по-малко енергия, отколкото разкъсване на ковалентна връзка, така че дори при стайна температура, излишъкът електроните на примеса атоми стават свободни.

Примес атом, който е загубил един електрон се превръща в определен положителен йон, свързан в решетка сайт кристал, т.е. е йонизиран примесни атоми. Положителния заряд се компенсира от примес йон е отрицателно зареден свободни електрони и полупроводников слой с примес остава електрически неутрален, ако свободното електрона не е от този слой. В случай на отказ на електрони в други слоеве на чип полупроводникови фиксирани такси на примеси йони образуват некомпенсираното обемно положителен заряд.

Онечиствания атоми, която даряват електрони се наричат ​​донор. При въвеждане на донор примес концентрация на електрони в кристалните увеличава драстично. Това основно се определя от концентрацията на примесните атоми. Едновременно с пара поколение "електрон - дупка", но броят на електроните, произведени в този случай, значително по-малък от броя на електроните получаване донори. Ето защо, електронната плътност става значително по-висока от концентрацията на дупки:

Електрическият ток се генерира по такъв полупроводников главно електрони, т.е. доминира в електронен компонент на ток. А полупроводници с предимно електронна проводимост, наречен N-тип полупроводници. В такъв полупроводници, електроните са основни превозвачи и дупките - малцинствените превозвачи.

Фигура 1.6. Появата на донор примес свободен електрон, когато се прилага (а) и енергия схема на полупроводников п-тип (б)

В енергия схема на полупроводников п-тип (фиг. 1.6, б) прилагане на примес донор е отразено във външния вид на разликата лента в близост до проводимост групата на тясно раздалечени местните нива на мощност, използвани излишък валентност електрон донорни атоми при температура на абсолютна нула. Броят на тези местни нива на мощност, равна на броя на примесите атома в кристала. Фигурата показва нивата на тези движения.

Band ширина? Wd е разликата между енергията на по-ниското ниво на проводимата зона и валентността на местно ниво в забранена лента на донора. Това е много ниска и е 0.01 - 0.07 ЕГ зависимост от полупроводников материал и примеси. Това обяснява факта, че при стайна температура, почти всички електрони от местни нива донор на проводимата зона и могат да участват в създаването на електрически ток.

Когато се прилага в силициев кристал или германий тривалентни химичен елемент примеси (например, индий, алуминий, бор или галий) атом примеси, въведени в кристалната решетка, образува трите валентните електрони само три ковалентни връзки със съседни атоми четиривалентен полупроводникови (фиг. 1.7, а). За четвърта връзка той не разполага с един-единствен електрон; тя е празна, т.е. Той създава дупка. За да се запълни тази връзка примес атом може да улови електрон от връзка на съседни атоми kovalontnoy, както се изисква за прехода на електронна енергия е малък в този случай. В резултат на присъединяването излишък валентност електрон примес атом се превръща в определен отрицателен йон, и в съседна ковалентна връзка, където електрона няма, има дупка.

Положителния заряд компенсира отрицателен заряд отвор примес йон и кристален слой остава електронеутрален. В случай на присъединяване към електронен слой от друг слой и неговото рекомбинация с дупка в фиксираните такси примеси йони създават некомпенсиран отрицателен пространство заплащане.

Онечиствания атоми, която улавяне на електрони на съседни атоми се нарича акцептор. Въвеждане на акцепторни примеси води до образуването на излишък брой отвори, чиято концентрация е значително по-висока от концентрацията на електрони в резултат на разрушаването на полупроводникови ковалентни връзки на:

Фиг. 1.7. Появата на дупки, когато се прилага акцептор примес (а) и energetiche-LIC схема на полупроводников р-тип (б)

Електрическият ток, който възниква в един полупроводник, компонент дупка преобладава. Semiconductor с преобладаване на проводимостта на дупка се нарича полупроводници р-тип. Това полупроводникови дупки са основни токоносители, а електроните - малцинствените превозвачи.

Диаграмата на енергия от р-тип полупроводникови А е представено на фиг. 1.7 б. Местните енергийни нива на атомите на акцептор на примеси (обозначени с прости числа) са разположени в пространството лента в близост до валентност групата на източника на полупроводници. Всички тези нива са налични при температура на абсолютна нула, и техният брой съответства на броя на примесите атома в кристала. Енергийната стойност? Wd е разликата между енергията на нивото на акцептор и най-високото ниво на валентната зона. ? Тя и Wd стойност за п-тип полупроводници, и малки количества от 0.01 - 0.07 ЕГ, в зависимост от изходния материал е полупроводник и примес. Поради това, при стайна температура, всички нива на акцептор на енергия са заети от електрони, които се прехвърлят към тях от валентната зона. дупки - В резултат на това голяма част от свободните нива се появява в валентната зона.

Така, в легирани полупроводници мнозинство носители на заряд се появяват главно поради атоми примеси и неосновни - чрез счупване ковалентни връзки и получените носители на заряд за генериране на пара. концентрация мнозинство носител надвишава два до три порядъка по концентрацията на малцинствата превозвачи. В този случай, специфичната електропроводимост на проводимостта на примес полупроводникови надвишава присъща полупроводника в стотици хиляди пъти.

Отделно от силиций и германий като изходни материали в производството на полупроводници използване галиев арсенид, селен, оксиди, карбиди и други химични съединения на елементи III и V групи и групи II и VI на Периодичната система на Менделеев.

Сходни публикации:

никой Намерено