Дырочные полупроводники

Читать все новости

Дырочным полупроводником или полупроводником типа p (от латин­ского positive – положительный) называется полупроводник, в кристалли­ческой решётке которого (рис. 1.4) содержатся примесные трехвалентные атомы, называемые акцепторами.

1В такой кристаллической решетке одна из ковалентных связей остается незаполненной. Свободную связь примесного атома может заполнить электрон, покинувший одну из соседних связей. При этом примесный атом превращается в отрицательный ион, а на том месте, откуда ушел элек­трон, возникает дырка.

В дырочном полупроводнике, также как и в электронном, происходит тепловая генерация носителей заряда, но их концентрация во много раз меньше концентрации дырок, образующихся в результате ионизации ак­цепторов. Концентрация дырок в дырочном полупроводнике обозначается pp, они являются основными носителями заряда, а концентрация электро­нов обозначается  np, они являются неосновными носителями заряда.

В состоянии теплового равновесия концентрация дырок в полупроводнике p-типа pp и свободных электронов np определяется из соотношений:

pp = nexp((Wip – Wфр) / (kT));                               (1.7)          

 np = ni exp((Wфр– Wip) / (kT)).                               (1.8)

Из уравнений (1.7) и (1.8) следует, что для полупроводника p-типа вы­полняется неравенство np>> pp.

Если считать, что при комнатной температуре все акцепторные атомы ионизированы, т. е. ppNa, np0 = 0, то на основании соотношения можно записать

Wфр= Wip – kTLn(N/ ni),                                  (1.9)

где Na – концентрация акцепторных атомов в полупроводнике.

Соотношение (1.9) показывает, что уровень Ферми в полупроводнике
p-типа располагается в нижней половине запрещенной зоны, так как Na >> ni, и при повышении температуры смещается к середине запрещенной зоны за счёт ионизации атомов основного полупроводника.

Кроме того, на основании уравнений (1.4), (1.5), (1.7) и (1.8) можно за­писать следующее выражение:

nnpn= pnnp= n2i                                                              (1.10)

которое показывает, что введение в полупроводник примесей приводит к увеличению концентрации одних носителей заряда и пропорциональному уменьшению концентрации других носителей заряда за счёт роста вероят­ности их рекомбинации.

Увеличение концентрации примеси приближает уровень Ферми к гра­ницам запрещенной зоны. При концентрации примесей порядка 1015 – 1019 см-3 уровень Ферми расположен сравнительно далеко от границ запре­щенной зоны. Такое состояние полупроводника называется невырожден­ным. При более высокой концентрации примесей возрастает взаимодейст­вие примесных атомов и происходит расширение полосы, занимаемой энергетическими уровнями этих атомов, в результате эта полоса слива­ется с ближайшей к ней зоной разрешенных уровней, а уровень Ферми оказывается за пределами запрещенной зоны. Такое состояние полупро­водника называется вырожденным.
В этом состоянии полупроводник ста­новится почти проводником.

Возможно, Вам это будет интересно:

Постоянная ссылка на это сообщение: http://meandr.org/archives/15289

Добавить комментарий