A villamos vezetőképessége adalékolt félvezetők

Kémiailag tiszta félvezetők használt félvezető technológia általában, mint egy kiindulási anyagot, amely alapján készült a szennyező félvezetők. Bevezetésével szennyeződések jelentősen javíthatja elektromos vezetőképessége a félvezető helyezve ott jelentős túlsúlya bármilyen típusú mobil töltéshordozók - az elektronok vagy lyukak. Vegyértékétől függően az atomok a szennyező félvezetők kapott túlnyomórészt vagy elektron- vagy egy lyuk vezetőképesség. A kombináció a régiók egy másik típusú vezetőképesség lehetővé teszi félvezető eszközök, így különböző tulajdonságokkal. A keveréket adagoljuk egy nagyon kis mennyiségű egy szennyező atom minden 10 augusztus 06-10 kiindulási félvezető atomokat. Így az atomi kristályrács zavartalanságát.

Amikor adagolhatjuk négyvegyértékű félvezető kristály, mint például szilícium vagy germánium, pentavalens szennyező kémiai elemek (arzén, antimon, foszfor) atomok a szennyező atomok cserélje ki a kiindulási anyag bizonyos rácspontjain (ábra. 1.6A). Négy vegyérték elektronok a szennyező atomok létrehozásához kovalens kötést négy szomszédos atomokban eredeti félvezető, és egy ötödik elektron nem folytat kommunikációt, hogy felesleges, és könnyen leválasztható egy atom. Annak elválasztása nem szükséges, hogy fordítsuk sokkal kevesebb energiát fogyaszt, mint a kovalens kötés szakadás, úgy, hogy még szobahőmérsékleten, a felesleges elektronokat a szennyező atomok lesz szabad.

Szennyeződés atom, amely elvesztette egy elektron alakítjuk rögzített pozitív ionja kristályrácsba helyén, azaz a ionizálódik szennyező atomok. A pozitív töltés kompenzálja a szennyező ion negatív töltésű szabad elektronok, és a félvezető réteg egy szennyező marad elektromosan semleges, ha a szabad elektron nem tér el a ez a réteg. Abban az esetben, elektron elvonás többi réteg a félvezető chip rögzített díjak szennyező ionok alkotják a kompenzálatlan volumetrikus pozitív töltés.

Szennyeződés alkilcsoport, amely adományoz elektronok nevezik donor. Bevezetésekor a donor szennyezéskoncentrációjuk elektronok a kristály drámaian megnő. Ez határozza meg elsősorban a koncentráció szennyező atomok. Egyidejűleg Gőzfejlesztés „elektron - lyuk”, de ez a szám az elektronokat, ebben az esetben lényegesen kisebb, mint az elektronok száma, így az adományozók. Ezért, az elektronsűrűség után jelentősen nagyobb, mint az a koncentráció a lyukak:

Elektromos áram keletkezik egy ilyen félvezető elsősorban elektronok, azaz uralja az elektronikus eleme a jelenlegi. Egy félvezető amelynek túlnyomórészt elektronikus vezetőképesség, az úgynevezett N-típusú félvezető. Az ilyen félvezető, elektronok a többségi töltéshordozók és a lyukak - kisebbségi töltéshordozók.

Ábra 1.6. A megjelenése egy szabad elektron donor szennyező beadva (a), és az energia diagramja a félvezető n-típusú (b)

Az energia diagramja a félvezető n-típusú (ábra. 1.6, b) beadjuk a donor szennyező tükröződik a megjelenése a sávú közelében a vezetési sáv a szorosan egymás mellett levő helyi energia szinten alkalmazzuk, a felesleg vegyérték-elektron donor atomok hőmérsékleten abszolút nulla. Ezek száma a helyi teljesítmény szintek száma egyenlő a szennyező atomok a kristály. Az ábrán ezeknek a stroke.

Sáv szélessége? Wd a különbség az energia az alsó szinten a vezetési sáv és a vegyérték a helyi szintű A tiltott sávban a donor. Nagyon alacsony, és 0,01-0,07 eV függően a félvezető anyag és a szennyeződéseket. Ez magyarázza azt a tényt, hogy szobahőmérsékleten, szinte minden az elektronok helyi donor szinten a vezetési sáv és részt vehetnek a létrehozását az elektromos áram.

Beadva egy szilícium kristály vagy germánium háromvegyértékű kémiai elem szennyeződések (például indium, alumínium, bór vagy gallium) atom szennyeződések belépő a kristályrács, képezi annak három vegyérték elektronok csak három kovalens kötést szomszédos atomokban tetravalens félvezető (ábra. 1.7, a). A negyedik kapcsolat nem rendelkezik egy elektron; üres, azaz Ez létrehoz egy lyuk. Ahhoz, hogy töltse a tekintetben szennyező atom képes rögzíteni egy elektront egy szomszédos atomokban kovalontnoy tekintetben, ahogy szükséges az átmenet az elektron energia kicsi ebben az esetben. Ennek eredményeként a csatlakozás feleslegben vegyérték-elektron-szennyező atom átalakítható egy fix negatív ion, és a szomszédos kovalens kötés, ahol az elektron eltűnt, van egy lyuk.

A pozitív töltés kompenzálja a negatív töltés lyuk szennyező ion, és egy kristály réteg marad elektromosan semleges. Abban az esetben, összekötő az elektron réteg egy másik réteg, és annak rekombináció egy lyuk a rögzített díjak szennyező ionok létrehozására kompenzálatlan negatív tértöltés.

Szennyeződés alkilcsoport, amely elfog elektronok a szomszédos atomok nevezzük akceptor. Bevezetés Az akceptor szennyeződések képződését eredményezi a felesleges lyukak száma, amelyek koncentrációja jelentősen magasabb, mint az a koncentráció az elektronok eredő pusztítás a félvezető kovalens kötések:

Ábra. 1.7. A megjelenése lyukak beadva akceptor szennyező (a) és energetiche-LIC diagramja félvezető p-típusú (b)

Az elektromos áram, amely felmerül a félvezető, a lyuk komponens dominál. Semiconductor túlnyomórészt a lyuk vezetőképesség az úgynevezett p-típusú félvezetők. Ez a félvezető lyukak a többségi töltéshordozók, míg az elektronok - kisebbségi töltéshordozók.

Az energia diagramja p-típusú félvezető ábrán szemléltetjük. 1.7 b. Helyi energia szintjét az akceptor szennyező atomok (jelzi prímszám) találhatók a sávú közelében vegyértéksáv a félvezető forrás. Mindezek a szint áll rendelkezésre hőmérsékleten abszolút nulla, és ezek száma megegyezik a számát szennyező atomok a kristály. Az energia értéke? Wd a különbség az energia a akceptor szint és a legfelső szinten a vegyérték sáv. ? Ő és Wd-érték n-típusú félvezetők, és a kis mennyiségű 0,01-0,07 eV, attól függően, hogy a kiindulási anyag egy félvezető és szennyeződést. Ezért, szobahőmérsékleten, az összes akceptor energiaszintek által elfoglalt elektronok, amelyeket át őket a vegyérték sáv. lyukak - Ennek eredményeként számos betöltetlen szinten jelenik meg a vegyérték sáv.

Így adalékolt félvezetők többségi töltéshordozók tűnik elsősorban a szennyező atomok és a nem-core - a törés kovalens kötések, és a kapott gőzfejlesztő töltéshordozók. többsége hordozó koncentrációja meghaladja 2-3 nagyságrenddel koncentrációjának kisebbségi töltéshordozók. Ebben az esetben a fajlagos elektromos vezetőképessége szennyező félvezető vezetőképessége meghaladja a belső félvezető a több százezer alkalommal.

Eltekintve a szilícium és germánium, mint kiindulási anyagok a félvezető iparban felhasználásra gallium-arzenid, szelén, oxidok, karbidok, és más kémiai vegyületek elemek III és V csoportok, és a csoportok a II és VI Mendeleev féle periódusos rendszerben.

Kapcsolódó bejegyzések:

Nincs találat