Идеальный полупроводник

Некоторые материалы, такие, как чистые кремний и германий или смеси двух различных элементов (скажем, индия и фосфора), или трех элементов (например, индия, галлия и мышьяка) и более, являются полупроводниками с собственной проводимостью. Часто, однако, в полупроводники с собственной проводимостью вводят примеси для того, чтобы изменить их электрические и оптические свойства. Получающиеся материалы называют полупроводниками с примесной проводимостью. Существует два типа полупроводников. В полупроводнике и- типа каждый примесный атом, называемый донором, отдает один из своих электронов в зону проводимости (см. верхний рисунок на с. 60). Количество энергии, требуемое для того, чтобы этот электрон стал свободным и перешел в более высокую энергетическую зону, довольно мало по сравнению с шириной запрещенной зоны. Так как донор теряет электрон, он становится положительно заряженным.

В полупроводнике р- типа каждый примесный атом, называемый акцептором, захватывает электрон из валентной зоны и оставляет в ней «дырку». Дырка ведет себя как положительный заряд, а акцептор становится отрицательно заряженным.

В ОСНОВЕ современной твердотельной электроники лежат физические процессы, происходящие в чрезвычайно малой области/? — «-перехода, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной/» к дырочной р. Транзисторы, например, изготовляются из полупроводникового материала, в котором создаются три области с разной проводимостью — дырочной и электронной. В зависимости от порядка их чередования различают транзисторы р — п — p-типа и п — р — /i-типа. Для того чтобы понять, как работает переход, рассмотрим, что происходит на границе двух полупроводников /7-типа и /i-типа в момент их соприкосновения (см. нижний рисунок на с. 60). В начальный момент полупроводник типа я имеет избыток свободных электронов, а полупроводник типа р — избыток дырок. За счет градиента концентрации электроны стремятся диффундировать в р-область, а дырки — в п- область.

В идеальном полупроводнике, когда электрон и дырка встречаются, они рекомбинируют. В результате носители заряда (электроны и дырки) стремятся исчезнуть в окрестности перехода. После ухода дырок из p-области в ней остаются отрицательно заряженные акцепторные атомы, а после ухода электронов из /(-области в ней остаются положительно заряженные донор- ные атомы. Так как акцепторные и до- норные атомы неподвижны (за счет их фиксированного положения в кристаллической решетке), то в окрестности перехода устанавливается электрическое поле, которое препятствует дальнейшей диффузии электронов и дырок.