Зонная структура полупроводника

Зонная структура металлов

Совокупность уровней занятых валентными электронами, называется валентной зоной. Уровни незаполненные называются зонами проводимости.

¹¹Na 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ (валентная зона) 3p⁰ 3d⁰ (зона проводимости свободная от электронов)

В металле валентная зона перекрывается с зоной проводимости, поэтому при наложении разности потенциалов электроны из валентной зоны легко переходят в зону проводимости и обуславливают электропроводимость

Зонная структура диэлектрика

В отличии от металла неметаллы не обладают электропроводимостью. Они представляют диэлектрики и изоляторы. В кристаллах неметаллов валентная зона отделена от зоны проводимости некоторым энергетическим барьером Е, поэтому энергия электрического поля оказывается недостаточной для перехода из валентной зоны в зону проводимости.

Е = 5.1 эВ (алмаз) Е = 5.2 эВ (кварц)

Зонная структура полупроводника

При сообщении полупроводнику определенного количества энергии (освещение, тепло, облучение, электрическая энергия) электроны из валентной зоны переходят в зону проводимости и участвуют в переносе тока - собственные полупроводники.

Полупроводники и диэлектрики отличаются от проводников тем, что валентная зона заполняется почти полностью, а зона проводимости отделена энергетическим барьером. Особенность собственных полупроводников, что при переходе части электрона в зону проводимости, в валентной зоне появляется эквивалентное количество ионов или дырок, которые также участвуют в переносе тока. Проводимость полупроводников осуществляется как в зонной проводимости (n), так и дырками в валентной зоне (p). Электроны движутся в зоне проводимости так, как это происходит в металле, а дырки движутся наоборот (от + к -). Таким образом собственные полупроводники имеют электронно-дырочную проводимость.

Наряду с собственными полупроводниками имеют большое значение полупроводники приместного типа. Полупроводники такого типа основное количество переносчиков тока (т.е. электронов и дырок) поставляют приместные добавки. Энергетические уровни этих добавок располагаются между валентной зоной и зоной проводимости. В приместных полупроводниках путем соответствующего подбора добавок можно искусственно создать электронно-дырочную проводимость (n). В зависимости от типа добавки их разделяют на электронно-донорную и электронно-акцепторные. Полупроводники с донорной примесью обладают n проводимостью, т.к. примеси дают электроны в зону проводимости. При кристаллизации Ge – атомы примесей отдают 4 электрона с наружного уровня используют на связи кристаллической решетки, 5-ый электрон примесь отдает проводимости и за счет этого получает n-проводимость. Акцепторная примесь сообщает полупроводнику p - проводимость или дырочную.

Например: к Ge добавляют элементы 3 группы

³² Ge…4s² 4p²

¹³Al…3s² 3p¹, добавка введенная в полупроводник кристаллической решетки Ge захватывая недостающий электрон у соседнего атома Ge, а на этом месте у Ge остается дырка.

Донорными являются примеси атомы в которых сообщают полупроводнику n – проводимость, т.к. их атомы имеют больше валентных электронов, чем собственная полупроводимость.

Акцепторные примеси – это примеси сообщающие p – проводимость и имеющие валентных электронов меньше чем атомы полупроводников.

Если на 100 млн. атомов Ge ввести 1 атом As – мышьяка, то полупроводник будет иметь n – проводимость.

Если на 100 млн. атомов Ge ввести 1 атом В – бора, то полупроводник будет иметь р – проводимость.

Дата добавления: 2015-07-25