Собственные и примесные полупроводники

Полупроводники – основа различных активных приборов, способных усиливать мощность сигнала и преобразовывать один вид энергии в другой в малом объеме твердого тела и без существенных потерь.

Использование полупроводников привело к созданию микроэлектроники, оптоэлектроники, в последнее время – наноэлектроника. Это позволило реализовать достижения технической кибернетики, создать более совершенные машины.

Полупроводниковые материалы (например, Si) являются физической основой микроэлектроники, так как интегральная схема представляет собой кристалл полупроводника, насыщенный по его поверхности конденсаторами, транзисторами, полупроводниковыми контактами, защитными слоями, диодами, p-n-переходами и т.д.

Плотность диэлектрика слабо зависит от состава электрически активных примесей, а у полупроводников концентрация примесей может значительно изменять плотность. Особенно велик диапазон значения плотности у полупроводниковых соединений. Электрические параметры полупроводников предсказуемы и изменяются при высокой степени очистки. Относительное загрязнение должно составлять 10^-10 – 10^-12 и должно иметь совершенную монокристаллическую структуру.

Полупроводники бывают собственные (те, которые преобладают собственной проводимостью за счет электронов или дырок; можно пренебречь влиянием примесей при данной температуре) и примесные (такой полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями).

В собственном полупроводнике при температуре абсолютного нуля валентная зона полностью заполнена электронами, а зона проводимости абсолютно свободна. Из-за блокирующего действия запрещенной зоны собственный полупроводник при 0К не обладает электропроводностью, т.е. ведет себя подобно идеальному диэлектрику.

При температурах, отличных от абсолютного нуля, имеется конечная вероятность того, что некоторые из электронов за счет тепловых флюктуаций (неравномерного распределения тепловой энергии между частицами) преодолеют потенциальный барьер и окажутся в зоне проводимости. В собственном полупроводнике каждый переход электрона в зону проводимости сопровождается образованием дырки в валентной зоне. Благодаря дыркам электроны валентной зоны также принимают участие в процессе электропроводности за счет эстафетных переходов под действием электрического поля на более высокие освободившиеся энергетические уровни.

Примесный – это такой полупроводник, электрофизические свойства которого в основном определяются примесями. Как правило, примеси создают дополнительные уровни в запрещенной зоне полупроводника. При малой концентрации примесей расстояние между примесными атомами велико, их электронные оболочки не взаимодействуют друг с другом.

Если примесные атомы находятся в узлах кристаллической решетки, то их называют примесями замещения, если в междоузлиях = примесями внедрения.

Роль примесей могут играть и всевозможные дефекты структуры. К числу таких дефектов относятся, в первую очередь, вакансии и междоузельные атомы.