Велика енциклопедия на нефт и газ

Приемник на донорен акцептор

Когато концентрациите на донорните и акцепторните примеси са равни, полупроводникът се нарича компенсиран. Компенсацията възниква поради факта, че електроните на донорния примес заемат акцепторни нива и концентрацията на свободните носители на заряд на полупроводника става равна на неговата. [16]

Със съвместното присъствие на донорни и акцепторни примеси в полупроводник възниква феноменът на компенсиране на примесите, който променя поведението на носителите на заряд в областта на електропроводимостта на примесите в сравнение със случая на един вид примес. Феноменът на взаимната компенсация на донори и акцептори е както следва. Ако енергийните състояния на акцепторите Еа лежат в лентовата междина под енергийните състояния на донори Ед (тази ситуация най-често се реализира при добавки в полупроводници), тогава за йонизация на донорни атоми не е необходимо да се придава енергия А. нивото Е на неутралните акцептори е без електрони, тогава вече при T 0 електроните ще се прехвърлят от донорните нива в ниско разположените акцепторни. Очевидно е, че ако Nd Na, тогава всички акцептори ще бъдат йонизирани напълно, а донорите само частично. Концентрацията на нейонизирани донори N d Nd - - Na ще играе ролята на ефективната донорна концентрация. В процеса на термична примесна йонизация само тези N d донори ще могат да доставят електрони в проводимата зона. [17]

Със съвместното присъствие на донорни и акцепторни примеси в полупроводник възниква феноменът на компенсация на примесите, който променя поведението си в областта на електропроводимостта на примесите в сравнение със случая на един вид примес. Феноменът на взаимното обезщетяване на донори и акцептори е както следва. Ако енергийните състояния на акцепторите E лежат в забранената лента под енергийните състояния на донорите Ed (тази ситуация най-често се реализира при добавки в полупроводници), тогава за йонизация на донорни атоми не е необходимо да им се придава енергия A, тъй като под нивото Ed на неутрални донори, изпълнени с електрони, има безелектронно ниво Ea на неутрални акцептори, тогава вече при T 0 електроните ще се прехвърлят от нива на донори в ниско разположени акцепторни. Очевидно е, че ако Nd Na, тогава всички акцептори ще бъдат йонизирани напълно, а донорите само частично. Концентрацията на нейонизирани донори Nd Nd - Na ще играе ролята на ефективната концентрация на донора в процеса на йонизация на термичните примеси и само тези N d донори ще могат да доставят електрони в проводимата зона. [18]

Със съвместното присъствие на донорни и акцепторни примеси в полупроводник възниква феноменът на компенсиране на примесите, който променя поведението на носителите на заряд в областта на електропроводимостта на примесите в сравнение със случая на един вид примес. Феноменът на взаимното обезщетяване на донори и акцептори е както следва. Ако енергийните състояния на акцепторите Ea лежат в забранената лента под енергийните състояния на донорите Ed (тази ситуация най-често се реализира за допанти в полупроводници), тогава за йонизация на донорни атоми не е необходимо да им се придава енергия A, тъй като под нивото Ea на неутралните донори, пълни с електрони, се намира нивото Ea на неутралните акцептори е без електрони, тогава вече при T 0 електроните ще се прехвърлят от донорните нива в ниско разположените акцепторни. Очевидно е, че ако Nd Na, тогава всички акцептори ще бъдат йонизирани напълно, а донорите само частично. Концентрацията на нейонизирани донори N d Nd - - Na ще играе ролята на ефективната донорна концентрация. В хода на йонизацията на термични примеси само тези N d донори ще могат да доставят електрони в проводимата зона. [19]

Когато един полупроводник е легиран с донорни и акцепторни примеси, се образуват области с електронова и дупкова проводимост. Например, когато в кристал на галиев фосфид се вкара смес от сяра, заместваща фосфора, се образуват донорни нива, тъй като сярата има един валентен електрон повече от фосфора. Когато се въведе примес на цинк, който да замести галия, се формира акцепторно ниво, тъй като цинкът има един валентен електрон по-малък от галия. Тенденцията на носещите ток да бъдат равномерно разпределени по кристала води до факта, че част от електроните се прехвърлят към най-близките акцептори; това изчерпва n-областта с електрони и p-областта с дупки. Тези заряди създават поле, което предотвратява по-нататъшното движение на електрони от и към р-областта. Всъщност p - re-junction е разположен на това място на слоя за изчерпване, където нивото на Fermi пресича средата на забранената зона. [20]

В енергийната диаграма на полупроводник донорните и акцепторните примеси образуват локални енергийни нива, лежащи в забранената лента. [21]

Нека разгледаме примесен полупроводник, съдържащ донорни и акцепторни примеси. В повечето полупроводници при стайна температура примесните атоми се йонизират и техният положителен донорен заряд и отрицателен акцепторен заряд се балансират от свободни електрони и дупки. [22]

Обикновено донорните и акцепторните примеси винаги присъстват в полупроводниците. В този случай концентрацията на носители на заряд от единия знак, като правило, винаги надвишава концентрацията на носители на заряд от другия знак. [23]

Едновременното въвеждане на донорни и акцепторни примеси в полупроводников кристал не може да доведе до увеличаване на концентрацията на носители и на двата знака. Ако приемем, че концентрациите и енергиите на активиране на донорните и акцепторните примеси имат еднакви стойности, тогава концентрациите на свободни електрони и дупки също трябва да съвпадат помежду си. [24]

При едновременното въвеждане на донорни и акцепторни примеси в полупроводник, характерът на проводимостта се определя от примес с по-висока концентрация на токови носители. [25]

При едновременното въвеждане на донорни и акцепторни примеси в полупроводник, естеството на проводимостта (n - или p-тип) ще зависи от това кои от примесите създават повишена концентрация на носители на заряд. [26]

Полупроводниците, които не съдържат донорни и акцепторни примеси, се наричат ​​правилни полупроводници. Диаграмата на лентата на такива полупроводници е показана на фиг. 7.2, а, където Wc е по-ниското енергийно ниво на проводимата зона, наречена дъното на проводимата зона; Wv - горното енергийно ниво на валентната лента, наречена таван на валентната лента; AW0 е честотната лента. [27]

Резонанс може да се наблюдава и при донорни и акцепторни примеси в полупроводниците и при така наречените F и V центрове в кристалите. [28]

Обикновено полупроводникът съдържа както донорни, така и акцепторни примеси, което води до появата на ефект на компенсиране на примесите. Този ефект се проявява във факта, че донорните електрони спонтанно преминават към по-ниски енергийни нива на акцептори и се получава рекомбинация на електрони и дупки. Например, при NK Na, всички нива на акцептори при нулева температура са пълни с електрони и броят на донорните нива, способни да отдават електрони в проводимата зона, намалява до 7VH - Na. Видът на полупроводниковата проводимост се определя от излишния примес. Разликата между концентрациите на донори и акцептори определя ефективната концентрация на носители на заряд. [29]

Ако едновременно донорни и акцепторни примеси се въведат в полупроводник, тогава естеството на проводимостта (нейният n или p тип) се определя от примес с по-висока концентрация на токови носители - електрони или дупки. За всеки тип електрическа проводимост на полупроводник концентрацията на токоносители в него е много по-ниска, отколкото в металите. Но стойността на тази концентрация, подобно на енергията на носителите на ток в полупроводниците, за разлика от металите, зависи много силно от температурата. При нагряване броят на токоносителите рязко нараства. [тридесет]