Félvezető n és p-típusú (szennyező félvezetők)
Tiszta vagy belső félvezetőkben az elektronok és lyukak koncentrációja megegyezik. A belső (nem szennyező) félvezető elektromos vezetőképessége nagyon alacsony.
A legtöbb elektronikai eszközben az úgynevezett szennyezésvezetésű félvezetőket használják. Annak érdekében, hogy egy belső félvezetőt szennyezővé alakítsunk, a kristályrácsba be kell vezetni egy bizonyos mennyiségű speciálisan kiválasztott kémiai adalékot, azaz a félvezető ötvözetének végrehajtására.
A szennyeződések egy sor energia szintet hoznak létre a sávszélen. Ennek eredményeképpen az elektron-lyuk párok kialakulásának valószínűsége a gerjesztési hőmérsékletnél sokkal magasabb, mint a belső félvezetőben.
Ilyen félvezetőkben az elektromos vezetőképesség főként azonos elektronikus jelek vagy lyukak töltőhordozóinak köszönhető. Az elektron vagy a lyukvezetés biztosításához általában elegendő a megfelelő szennyeződés egyik atomjának bevezetése a belső félvezető atomjába. A germánium vagy a szilikon kristályrácsjában lévő szennyeződések atomjai (a periódusos rendszer 4. csoportja) általában a rácshelyeken lévő fő atomokat helyettesítik. Az ilyen helyettesítés eredménye a szennyező anyagtól függ.
Kétféle doppingszennyeződés létezik: adományozók - pentavalens elemek, például P, As, Sb (adományozó, adományozó). A donorok koncentrációját Nd. Az elfogadók háromértékű elemek, például B, Al, In, Ga (akceptor-akceptor, taker). Az akceptorok koncentrációját Na-val jelöljük. Ennek alapján különböznek az n-típusú és a p-típusú félvezetők.
Egy n-típusú félvezető előállításához egy 4-valens szilícium kristályába bevezetjük a donor-szennyeződést (valence-5).
Ebben az esetben a szennyeződés négy kondenzációs elektronja négy szomszédos szilícium-atomot köt össze. A szennyeződés ötödik elektronja nem vesz részt kovalens kötések kialakulásában, könnyedén elválik az atomjától, és szabaddá válik. Szobahőmérsékleten gyakorlatilag minden olyan szennyező elektron, amely nem alkot kovalens kötést a szilícium-atomokkal, szabaddá válik, és részt vesz az elektromos vezetőképességben. A szennyező atom, amely elvesztett egy elektronot, állandó pozitív ionvá válik.
A szennyeződés szabad elektronjait hozzáadják a félvezetőben a hőtermelés által okozott szabad elektronokhoz, így a félvezető elektromos vezetőképessége túlnyomórészt elektronikusvá válik.
Ilyen körülmények között az elektronok a fő töltéshordozók, mivel n >> p, és lyukak - nem fő hordozók.
Példa: 1 (~ 2 g) szilícium-4,99 * atom. Az intrinetikus koncentráció ni = pi - 2 * a /. Amikor be a szilícium-2 * foszfor atomot (összes ionizált), a vezetőképessége az elektronok fog kialakulni összege (2 + 2 * ≈2 *), ami növeli a vezetőképességet után adalékolás szilícium időben (100 ezer. Idő). Így tehát a 2 * a foszfor atomok 0,5 * szilíciumatomot tartalmaznak, így 0,5 * 2 * r, ami 1 * * d = 0,1 g = 0,1mkg P (2 g Si) vagy P 50mkg 1 kg Si esetében.
P-típusú félvezető előállításához akceptor-szennyezőt viszünk be négy valence szilícium (3-as valence) kristályába.
Ebben az esetben a szennyezés három kondenzációs elektronja kovalens kötést alkot a négy szomszédos szilícium atom háromjával. Az egyik kovalens kötés hiányos marad, ami üres energiatartalmat eredményez. Egy üresedés betöltésére szolgáló szennyező atom egy további elektronot igényel, amely erős nyolc-elektronhéjat képez. Ez az elektron bármelyik szilícium atom közül választott. A szennyező atom, amely a félvezető rács kovalens kötéséből elektron választott ki, állandó negatív ionvá válik. A fő rács helyén, ahonnan az elektron eljutott a szennyező atomra, lyuk alakult ki. Hozzáadódik a félvezető belső hőszigetelő lyukaihoz, így a félvezető vezetőképessége túlnyomórészt lyukává válik.
Ilyen körülmények között a lyukak a fő töltéshordozók, mivel p >> n, és elektronok - nem alap hordozók.
Egy n-típusú félvezető esetében a következő egyenlőtlenség áll fenn:
Nn >> Pn, ahol N az elektron-koncentráció egy n-típusú félvezetőben;
P az n típusú félvezetőben lévő lyukkoncentráció
És egy p-típusú félvezető esetében:
Pp >> Np, ahol P a lyukkoncentráció a p-típusú félvezetőben;
N az elektron koncentráció egy p-típusú félvezetőben.
A donor szennyezõdések olyan szennyezõdési szinteket alkotnak, amelyek a vezetõsáv közelében a tiltott sávban vannak elhelyezve; Az elszívó szennyeződések szennyeződést okoznak. a hullámsáv közelében lévő sávhézagban helyezkedik el. A szennyezõ félvezetõkben a Fermi szint a Wd szint Wn szintje és a Wn vezetõsáv alja, vagy a WB hullámsáv szintje és mennyezet között helyezkedik el (lásd az ábrát).
