А. Ф. Новиков строение вещества
Ввиду отсутствия свободных электронов в зоне проводимости кварц является диэлектриком (см. табл.6)
жүктеу/скачать 2,4 Mb. Pdf көрінісі
|
|
Ввиду отсутствия свободных электронов в зоне проводимости кварц является диэлектриком (см. табл.6). До сих пор рассматривались беспримесные и бездефектные полупроводники. В реальных же условиях невозможно соблюсти абсолютную чистоту вещества, в нем всегда имеются инородные примеси и дефекты структуры. Установлено, что для полупроводников чрезвычайно велико влияние даже малейших количеств примеси на их электрофизические 79 свойства. Это влияние особенно сильно, если примесью является атом с иной, чем основной элемент, валентностью. Рассмотрим этот вопрос подробнее. Пусть в кристаллическую решетку типичного полупроводника кремния Si попадает атом элемента с более высокой валентностью, предположим, фосфора P – реальный и практически важный случай. Кремний, как известно, имеет четыре валентных электрона на орбиталях 3 s 2 3 p 2 , они гибридизованы по s р 3 - типу. У фосфора, основная электронная конфигурация которого 3 s 2 3 p 3 , максимальное число валентных электронов в возбужденном состоянии – пять. Когда атом фосфора замещает в кристаллической решетке один атом кремния, имеющий координационное число четыре, атом фосфора поставляет для образования химической связи с соседями четыре из пяти своих валентных электронов. Пятый электрон в образовании связи не участвует, следовательно, валентным он не является и располагается вне валентной зоны. Этот “лишний” электрон слабо связан с атомом фосфора, потенциальная энергия его выше, чем у валентных электронов. Сравнительно небольшими внешними воздействиями он может быть оторван от атома примеси и передан соседнему атому кремния. Наложение электрического поля приведет к передвижению электрона по кристаллу, так этот электрон становится носителем заряда. В терминах зонной теории это означает, что электрон перешел в зону проводимости. Поскольку энергия, необходимая для такого перехода меньше, чем ширина запрещенной зоны, то исходное состояние этого слабосвязанного электрона примесного атома попадает на зонной диаграмме в запрещенную зону. Состояние электронов примесных атомов данного типа изображается на зонной диаграмме в виде некоторого уровня в запрещенной зоне, получившего название донорного уровня, (рис.55). Такое название связано с тем, что примесные атомы в данном случае отдают электроны решетке полупроводника и служат, таким образом, донорами электронов, обеспечивая тем самым проводимость n - типа. Состояние избыточного для данной решетки электрона, удерживаемого возле донорного атома может быть описано уравнением. Э. Шредингера для одноэлектронной системы, подобной атому водорода. С другой стороны, в кристалле полупроводника могут оказаться примеси элемента с более низкой валентностью, то есть с меньшим количеством валентных электронов. Если в решетке кремния один из атомов замещен атомом бора B (2 s 2 2 p 1 ) , то в данном месте кристаллической |