Примесные уровни в полупроводниках

Полупроводники всегда содержат примесные атомы, создающие свои энергетические уровни, называемые примесными; они могут располагаться как в разрешенной, так и в запрещенной зонах на различном расстоянии от потолка валентной зоны или дна зоны проводимости.

Донорные уровни. Германий имеет решетку типа алмаза, в которой каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями, связанными с ним валентными силами. Если в кристалле германия часть атомов замещена атомами пятивалентного мышьяка, то для установления связей атом мышьяка расходует 4 валентных электрона (рис. 5.8, а). Пятый электрон в образовании связи не участвует. Такой электрон отрывается от атома и приобретает способность свободно перемещаться по кристаллу, (рис. 5.8, б) .

Рис. 5.8. Возбуждение носителей заряда полупроводниках

а) Т =0 К; б)при Т >0 К ионизация атома пятивалентного элемента приводит к образованию электрона проводимости, в)— энергетические уровни пятых электронов мышьяка, представляющие собой донорные уровни. Эти уровни размещаются непосредственно у дна зоны проводимости на малом расстоянии Е_д» 0,01 эВ. При сообщении электронам примесных уровней энергии Е_д они переходят в зону проводимости. Неподвижные положительно заряженные ионы в электропроводности не участвуют.

Акцепторные уровни. Если в решетке часть атомов замещена атомами трехвалентного элемента (рис. 5.9, а)., то для образования связи с четырьмя ближайшими соседями не хватает одного электрона. Разорванная связь представляет собой дырку (рис. 5.9, б), так как она соответствует образованию в валентной зоне германия вакантного состояния.

На рис. 5.9, впоказана зонная структура германия, легированного трёхвалентным элементом. У потолка валентной зоны располагаются незаполненные уровни атомов индия. При относительно невысоких температурах электроны из валентной зоны переходят на примесные уровни. Свободными носителями заряда являются «дырки», возникшие в валентной зоне.

Рис. 5 9. Возбуждение носителей заряда в примесных р -полупроводниках: a —Т =0 К; б) — при Т >0 К электроны переходят на неукомплектованные связи примесных атомов, образуя ион индия и незаполненный уровень (дырку) в валентной зоне; в—акцепторные уровни при Т >0 К, дырки в валентной зоне

Глубокие примесные уровни. Некоторые примеси создают в полупроводниках примесные уровни, расположенные далеко от границ энергетических зон. Такие уровни называются глубокими. В кремнии и германии подобные уровни создают атомы золота, меди, марганца, железа и др.

Дата добавления: 2015-07-25