Примесная проводимость и ее разновидности

Чистый полупроводник обычно довольно беден свободными электронами. Соотношение между количеством свободных электронов и числом атомов в единице объема материала может выражаться очень маленьким числом.

Проводимость полупроводника

Для очищенного германия оно составляет около 1/10 в двадцатой степени, что, конечно, очень мало. Для увеличения процента свободных носителей зарядов (не обязательно электронов) в полупроводник вносят примесь или меняют структуру его кристаллической решетки. После этого проводимость полупроводника увеличивается за счет примесной проводимости. Изменить исходный материал можно разными способами:

  • Заместить часть атомов исходной решетки атомами примеси.
  • Поместить атомы примеси в промежутки между атомами или ионами исходной решетки.
  • Деформировать кристалл таким образом, чтобы в нем образовались полости и деформации. В этом случае электроны полупроводника получают большую подвижность.

Может получиться так, что часть электронов атомов примеси образует ковалентные связи с атомами кристалла, а остальные превращаются в свободные носители заряда. Полученный в итоге материал называется полупроводником n-типа. Другой сценарий предполагает переход части электронов кристалла к атомам примеси, с образованием пары «отрицательный ион – дырка». Образующаяся при этом смесь полупроводника и примеси называется полупроводником p-типа.

Соответственно и примеси классифицируются на донорные (реализующие первый сценарий) и акцепторные (задействованные при втором варианте). Донорные – отдают электроны. Акцепторные – принимают. Внесение в кристалл донорной примеси увеличивает количество свободных электронов. Внесение акцепторной – количество дырок, которые и становятся основными носителями заряда.

Примесная проводимость

Барьеры и легирование

Все современные полупроводниковые приборы эксплуатируют так называемый p-n переход. То есть процессы на границе соприкосновения полупроводников с различным типом проводимости. Различные конфигурации таких барьеров позволяют добиться от приборов нужного поведения. Поэтому задача получения проводников с примесью так актуальна.

Примесная проводимость

Сам процесс внесения примеси называется «легированием». Разработано и используется на практике несколько технологий легирования: термическая диффузия, ионная имплантация и нейтронно-трансмутационное легирования. В зависимости от типа используемой технологии можно получать барьеры с необходимыми параметрами проводимости.