Szennyező félvezetők - studopediya
Általános nézet. Semiconductors a kristályrácsban, amely amellett, tetravalens atomok építeni szennyező atomok vegyértékű eltér a vegyérték-bázis-atomok, nevezzük szennyeződésként félvezető. és az elektromos vezetőképesség a létrehozott bevezetett szennyező úgynevezett külső vezetőképesség. ezek a szennyező félvezetők használt legtöbb félvezető eszközök. Van egy hordozó koncentrációja által okozott szennyeződések jelenléte szignifikánsan nagyobb koncentrációja intrinsic hordozók. Ezek a félvezetők elegendően széles sávú és érzékelhető koncentrációja intrinsic hordozók fordul elő csak viszonylag magas hőmérsékleten.
Az üzemi hőmérséklet-tartomány beszállítók szabad töltéshordozók szennyezések. Alacsony szennyeződések koncentrációja valószínűsége direkt átalakítás az elektronok egy atom a másikra szennyező elhanyagolható. Azonban szennyeződések leszállítják elektronok a vezetési sávban a félvezető, vagy vigye a szintje a vegyérték sáv.
Az szennyeződések félvezető kémiai vegyületek, hogy megértsék nem csak a felvételét atomok idegen elemek, hanem a feleslegben lévő sztöchiometrikus összetétele nagyon atomok olyan elem, ami része a kémiai képlet a vegyület maga. Továbbá, a szerepe a szennyeződések játszanak különböző rácshibasűrűséget: üres csomópontok, atomok vagy ionok csapdába hézagok a rács zavar, vagy mélyedések során keletkező képlékeny a kristály, mikrorepedések, stb Ha a szennyező atomok vannak rács pontot, akkor .. úgynevezett helyettesítő szennyeződések, ha a közbeiktatott - közbeiktatott szennyeződéseket.
A donorok és akceptorok. Ha a vegyérték a szennyező atomok nagyobb, mint a vegyérték a bázis-atomok, például a rács ötértékű arzén atomok bevezetett tetravalens szilícium Si Ahogy, az ötödik vegyérték-elektron a szennyező atom üres kovalens kötés. Valóban, az arzén atom befejezni a kovalens kötést tartalmaz a bázikus hatóanyag van szükség, csak négy vegyérték elektronok (Fig.4.5). Az ötödik elektron arzén atom kovalens kötés nem vesz részt, akkor feleslegessé válik. A atom társul erejét a Coulomb kölcsönhatás. Az energia E közlemény kicsi (néhány század elektron volt). Mivel szobahőmérsékleten a hőenergia kT = elektron 0,026eV. nyilvánvaló, hogy még szobahőmérsékleten is ionizált arzén szennyező atomok m. e. ötödik elektron könnyen leválasztható az atom szabaddá válik (4.5 ábra).
Miután a veszteség az elektron szennyező atom ionizálódik, és szerez egy pozitív töltést. Az ilyen félvezető egy szennyező ötvegyértékű úgynevezett elektronikus vagy félvezető típusú n (a latin negatív - negatív), és a szennyező atomok adományozni elektronok úgynevezett donorok.
Az energia diagramja szennyeződések jelenléte a kristályrács megjelenése jellemzi a félvezető helyi energiaszint feküdt a tiltott sávban. Mivel az arzén atom ionizációs kialakított üres a kovalens kötésével elektron és annak elválasztását a atomok igényel lényegesen kevesebb energiát fogyaszt, mint megtörni a kovalens kötések a szilícium atomok, akkor az energia szintjét a donor szennyező kell elhelyezni a résben egy kis távolságban a szabad zónát a alsó él ( a „alulról” a vezetési sáv) (4.6 ábra),.
Ábra 4.6. Az energia diagramja n típusú félvezető.
Mivel az egyik szennyező atom a N-félvezető, van 10 6 -10 7 atomos, a bázikus anyagot, és a közöttük lévő távolság nagy, akkor gyakorlatilag nincs hatással egymásra. Ezért a szennyezési szintek nem kerülnek megosztásra az energia diagram és ők képviselik a szintet, amelynél vannak „extra” vegyérték elektronok nem vesznek részt a kovalens kötés. Az energia intervallumban az úgynevezett ionizációs energia a donor. = 0,05eV szilícium, germánium = 0,01eV, így szobahőmérsékleten szinte minden ionizált donorok.
Együtt a ionizációs a szennyező anyag a n-típusú félvezető, és a hőfejlődés következik be, amelynek eredménye van kialakítva egy pár hordozók - elektronok és lyukak. Ezek száma azonban az üzemi hőmérsékleten sokkal kisebb, mint az elektronok száma, ami egy donor szennyező. Ez azzal a ténnyel magyarázható, hogy egyrészt az energia egyenlő a tiltott sáv sokkal nagyobb, mint az energia ionizációs donorok. Másodszor, a donor atomok elfoglalják az elektronok a vezetési sávban alsó energiaszintet és elektronok a vegyérték sáv, azt eredményezheti, törés kovalens kötések menni csak a magasabb szinteken a vezetési sáv. Az ilyen átmeneti elektron kell energiát nagyobb, mint a belső félvezető. Ezért, a lyuk koncentráció n-típusú félvezető sokkal kisebb, mint az elektron-koncentráció. Emiatt, az n-típusú félvezető, az elektronok úgynevezett többségi töltéshordozók és a lyukak -neosnovnymi.
Ha a szilícium-rács atomok háromértékű szennyeződések kerülnek bevezetésre, például alumínium atomok Al, akkor az egyik kovalens kötés hiányos (4.7 ábra). Az alacsony termikus hatása e az egyik szomszédos linkeket is betöltetlen marad a kommunikáció, és azon a helyen, honnan jött az elektron, van egy lyuk. Ezt a lyukat mozgatja kapcsolatok alapvető anyag, és ezért részt vesz a vezetőképesség a félvezető. Amikor ez alumínium-szennyezést atom szerez negatív töltés. Az ilyen félvezető Capture elektronok, az úgynevezett lyuk, vagy félvezető típusú p (a latin pozitív - pozitív), és a szennyező atomok nevezzük akceptorok.
4.7 ábra. Sík modell szilícium rácsos adalékolt alumínium.
Ahhoz, hogy egy szabadon lyuk miatt az átmenetet egy elektron egy atomot egy atom a bázikus hatóanyag szennyeződések igényel lényegesen kevesebb energiát fogyaszt, mint a törés kovalens szilícium kötés. Ezért, a lyukak száma sokkal nagyobb lehet, mint a számos szabad elektronok és a vezetőképessége a félvezető p-típusú. Ez a félvezető többsége hordozók lyukak, és a kisebbségi - elektronok. Az elektronok, „elhagyott” a szennyező anyag koncentrációjának nem vesznek részt az elektromos áramot.
Az energia diagramja p-félvezető (ris4..8) a tiltott sáv jelenik szennyezés szintjét elhelyezve egy rövid távolság a felső széle a vegyérték sáv (fent a „plafon” a vegyérték sáv). A szennyező anyagok mennyisége van töltve elektronok átkelés azt a vegyérték sáv, mivel enyhe energia (0,01-0,1eV) szükséges egy ilyen átmenet. Ezért, a magas koncentrációjú lyukak van beállítva, hogy p-félvezető. Szobahőmérsékleten szinte minden ionizált akceptorok, így, a lyuk sűrűség megközelítőleg egyenlő a akceptor koncentráció.
4.8 ábra. S típusú félvezető energia diagram.
A p-típusú félvezető, valamint az elektronikus, hőképződés történik, mint amelynek eredményeként, egy pár hordozók: elektronok halad egy szabad zóna és a lyuk maradt a vegyérték sáv. Ugyanakkor a keletkező gőz mennyisége kicsi. Ez azzal magyarázható, ugyanazon okokból, mint a n-típusú félvezető. Az elfogadó szinten át elektronok energia szintje közelében található a vegyérték sáv. Az átmenet az elektronok vegyértékelektronját a vezetési sávban diszkontinuitást, hogy egy kovalens kötés elektronok, elhelyezve az alacsonyabb szinteken a vegyérték sáv, amely szükséges, hogy kiad egy magasabb energia, mint a belső félvezető. Ezért, koncentrációja lyukak sokkal nagyobb koncentrációban elektronok.
Így a szennyező atomokkal együtt egy további szennyező energiaszintek A tiltott sávban a félvezető. Ezek a szennyeződések vagy a kínálat az elektronok a vezetési sávban a félvezető, vagy vigye a szintje a vegyérték sáv. Szennyező vezetőképesség igényel annak megjelenése sokkal kevesebb energiát (századmásodperc és tized elektronvolt), mint a megjelenése a saját képessége. Ezért vezetőképesség szennyező észlelt alacsonyabb hőmérsékleten, mint a természetes vezetőképessége a félvezető. Minél nagyobb a sávú, a hőmérsékletet mutatja nagyobb privát vezetőképesség.
A félvezető eszközök jellemzően pontosan szennyező vezetőképesség. A megjelenése számos kisebbségi töltéshordozók megzavarja a normális működését félvezető eszközök. Ezért, a működési hőmérséklet a félvezető van beállítva, hogy a termikus generációs kisebbségi töltéshordozók nem befolyásolja a működését a félvezető eszköz. A germánium bandgap egyenlő 0,72eV, míg a szilícium-1,12eV. Ezért a megengedett üzemi hőmérséklet a germánium készülékek 70 ° C, míg a szilícium függően tisztítás fokát az anyag 120-200 ° C-on
Megjegyezzük, hogy a félvezető egyszerre tartalmaz donor és akceptor szennyező ilyen félvezetők nevű kompenzálni.