Полупроводники

Полупроводники – это материалы, электропроводимость которых имеет промежуточное значение между электропроводимостью проводников и диэлектриков. Их электропроводность хуже, чем у металлов, и лучше, чем у диэлектриков. К полупроводникам относят обширную группу твердых веществ, имеющих главным образом кристаллическую структуру. Полупроводниками являются окислы металлов, сернистые соединения (сульфиды) и соединения металлов с селеном (селениды), а также некоторые химические элементы, относящиеся к IV, V и VI группам таблицы Менделеева: германий, кремний, теллур, селен и др.

У металлов валентные электроны слабо связаны с атомами, легко их покидают и под воздействием даже небольших внешних электрических полей переносят заряды. У диэлектриков электроны прочно связаны с атомами, поэтому диэлектрики начинают пропускать электрический ток только тогда, когда приложенное к ним напряжение достигает очень больших значений (напряжение пробоя).

В полупроводниках носителями зарядов тоже являются электроны, которые в обычном состоянии связаны с атомами валентными связями. Но под влиянием нагревания, излучения или других причин связи могут разрываться, что приводит к отрыву электрона, который становится носителем тока, и образованию вакантного места – дырки, которая соответствует положительному заряду. Если к полупроводнику приложить внешнее напряжение, то электроны будут перемещаться против направления электрического поля, а дырки – вдоль силовых линий поля, т.е. возникнет электрический ток.

Электропроводность химически чистых полупроводников называется собственной. При собственной проводимости число свободных электронов и дырок одинаково. Проводимость, обусловленная движением свободных электронов, называется электронной, или проводимостью n-типа (от латинского слова negative – отрицательный). Проводимость, обусловленная движением дырок, называется дырочной, или проводимостью p-типа (от латинского слова positive – положительный).

Внесение примесей в чистые полупроводники оказывает сильное воздействие на их электропроводимость. Введение примеси называется легированием полупроводника. С помощью примесей можно получить полупроводники с избыточным количеством носителей заряда того или иного знака.

Если в кристалл четырехвалентного германия (рис.1, а) ввести примесные атомы сурьмы, имеющей пять валентных электронов, то четыре из них образуют ковалентную связь с четырьмя атомами германия, а пятый валентный электрон оказывается слабо связанным с положительно заряженным ионом примеси, вследствие чего электрон может легко покинуть атом и принять участие в переносе заряда.

Примеси, вызывающие преобладание электронов и создающие в основном электронную проводимость, называются донорными, а полупроводник, содержащий донорные примеси, называется полупроводником n-типа.

При легировании германия индием (рис.1, б) атом примеси захватывает один из валентных электронов германия в дополнение к своим трем валентным электронам, образует четыре ковалентные связи с соседними атомами германия и превращается в отрицательно заряженный ион. На месте захваченного электрона остается дырка.

а)	б)

Рис.1

Примеси, вызывающие преобладание дырок и создающие в основном дырочную проводимость, называются акцепторными. Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.

Примесная проводимость полупроводника обычно превышает его собственную проводимость в сотни и даже тысячи раз.