Примесные полупроводники
В примесных полупроводниках проводимость обеспечивается за счёт введения примесей. Введём в кристалл 4х-валентного Si примесь 5-ти валентного фосфора Р. Четыре электрона Si образуют с четырьмя электронами Р прочные (ковалентные) связи, а пятый электрон оказывается слабо связанным. Отразим
 |
|
это на зонной схеме. Слабо связанный электрон примеси находится на донорном уровне ED, расположенном на расстоянии ∆EDот зоны проводимости, причём ∆ED<< Eg.Тепловое движение легко перебрасывает этот электрон в зону проводимости (показано стрелкой на рис. 3), где он становится свободным и может проводить ток. П/проводники с донорной примесью называют n–полупроводниками (от слова negative), так как их основными носителямитока являются электроны,несущие отрицательный заряд (-е).
Введём теперь в четырёхвалентный Si примесь трёхвалентного бора В. Для образования связей с четырьмя соседями у атома В не хватает одного электрона, который боротбирает от соседних атомов Si, где образуется «дырка» - носитель положительного заряда. Такая примесь называется акцепторной, Отразим это на зонной схеме. Дырки примеси находятся акцепторном уровне ЕА,
|
 |
находящемся на расстоянии ∆ЕАот валентной зоны, причем ∆ЕА<< Eg. В этих условиях электроны из валентной зоны легко переходят на акцепторный уровень ЕА , а в валентной зоне появляются дырки - основные носители тока. Это полупроводник р -типа (от слова positive), так как основными носителями тока являются дырки, несущие положительный заряд (+е).
Контакт n- и р- полупроводников
Возьмем пластинку n– и р- полупроводников (рис. 5а). Пластинки электрически нейтральны, так как заряд основных носителей (электронов или дырок) уравновешивается противоположным зарядом ионов примеси. Приведём пластинки в контакт. В результате диффузии часть электронов перейдёт в р-, а дырок – в n –полупроводник (рис. 5б). Из-за диффузии дырок n - полупроводник вблизи контакта зарядится положительно (+), а из-за диффузии электронов
р - полупроводник вблизи контакта зарядится отрицательно (-). Это означает что в области n-p -контакта возникает запирающее электрическое поле ЕЗ, которое прекращает дальнейшую диффузию электронов и дырок, так как оно будет отталкивать дырки р- п/проводника и электроны n- п/проводника от области n- р- контакта. На рис. 5в область n-p -контакта отмечена серой краской, указано также направление вектора запирающего электрического поля ЕЗ. Отразим это на зонной схеме (рис. 5в). Электроны n–полупроводника находятся в зоне проводимости. Энергия электронов зоне проводимости р- полупроводника будет выше, так как электронам, чтобы попасть в р- п/проводник через n-p- контакт, необходимо совершить работу против сил запирающего электрического поля ЕЗ. Поэтому уровень энергии зоны проводимости р-п/проводника будет выше, чем n-п/проводника, как это показано на рис. 5в.
Аналогичные рассуждения можно провести об уровнях энергии дырок в валентной зоне p-и n- п/проводников. В соответствие с этими рассуждениями уровни энергии валентной зоны p-и n- п/проводников будут находиться в соотношении, представленном на рис. 5в. Рассмотренный n- p -контакт обладает свойством односторонней проводимости. Рассмотрим это более подробно.
Подадим на n- область положительный потенциал от внешнего источника тока, создающий внутри п/проводника электрическое поле напряжённостью Е,как это показано на рис. 6. Направление внешнего поля Есовпадает с направлением запирающего поля ЕЗ, причём Е >> ЕЗ. Под действием поля Е электроны n- п/проводника смещаются влево, а дырки р- полупроводника - вправо от n- р- контакта. При этом возрастает ширина n- р- перехода и повышается энергетический барьер для движения носителей тока через n- р- переход, как это показано на рис.
 |
6, ток через n- р -контакт не идёт.Это направление называют запирающим.
 |
|
то есть по цепи потечёт ток. Это направление называют пропускным. Свойство односторонней проводимости n- р- контактов используется для создания полупроводниковых диодов, принцип работы которых мы только что рассмотрели, транзисторов, светодиодов и т д.