Дайте зонную схему примесной проводимости Укажите расположение донорных и акцепторных уровней

Дайте зонную схему примесной проводимости. Укажите расположение донорных и акцепторных уровней.
Как характер химической связи влияет на электропроводимость твердых тел? Какой тип связи присущ полупроводниковым веществам?
Решение.
При образовании кристалла из большого количества связанных атомов энергетические уровни отдельных атомов сдвигаются. Поэтому в кристалле энергетический уровень каждого электрона не совпадает с тем уровнем энергии, который аналогичный электрон занимает в свободном атоме. Так как количество уровней энергии в кристалле велико, а различие между ними мало, то эти уровни образуют так называемые Разрешенные зоны, а между ними располагаются Запрещенные зоны, на которых атомы данного элемента находиться не могут. Энергетические уровни валентных электронов образуют Валентную зону. Следующей, более высокой зоной в энергетическом отношении является свободная зона или Зона проводимости. На рис. 1 представлены три возможных случая расположения энергетических зон валентных электронов. В проводнике (рис. 1, А) зона проводимости примыкает непосредственно к валентной зоне. Если к проводнику приложить внешнее электрическое поле, то под его влиянием электроны начнут двигаться направленно, меняя при

Рис. 1. Энергетические зоны валентных электронов:А — в металле; Б — в полупроводнике; В — в изоляторе.
/—зона проводимости,; 2—запрещенная зона; 3—-валентная зона.
В полупроводнике (рис. 1, Б) между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещенная зона. Для появления электропроводности необходимо, чтобы некоторое число электронов перешло из валентной зоны в зону проводимости, для чего электронам валентной зоны надо сообщить энергию Е.
Чистые полупроводники редко применяются в полупроводниковой технике. Обычно используются примесные полупроводники. Введение в полупроводник атомов соответствующей примеси способствует образованию дополнительных носителей тока, что приводит к повышению электропроводности иногда в десятки миллионов раз. В чистом полупроводнике «поставщиком» электронов в зону проводимости может быть валентная зона. Введение примесей в полупроводник должно способствовать переходу электронов в зону проводимости. Существуют два вида примесей.
В примесях первого вида энергетические уровни электронов примеси располагаются в запрещенной зоне полупроводника вблизи зоны проводимости. Поэтому атомы примеси, являясь поставщиками электронов в зону проводимости, легко отдают в нее электроны, поскольку электронам при этом следует сообщить меньшую энергию

Рис. 2. Виды примесей в полупроводнике: А -— расположение донорных уровней; Б — расположение акцепторных уровней.
Примесные уровни при температуре выше абсолютного нуля отдают свои электроны в зону проводимости тем интенсивнее, чем выше температура полупроводника. Примесные уровни такого вида называются Донорными уровнями, А сами примеси — Донорами (donаге — дарить, лат.).
Примесные уровни второго вида называются Акцепторными, А сами примеси — Акцепторами. Акцепторные уровни располагаются около валентной зоны. При абсолютном нуле температуры акцепторные уровни свободны, т. е. не заполнены. Поэтому при температуре, отличной от абсолютного нуля, на такие уровни могут перейти электроны из валентной зоны, и так как 2 < Е, то число этих электронов будет больше, чем количество электронов, переходящих в зону проводимости (рис. 2, б). Уход электронов из валентной зоны дает возможность оставшимся здесь электронам, при наличии постороннего электрического поля, принять участие в проводимости в пределах этой зоны. При этом, как указывалось выше, дырки будут двигаться в направлении действия электрического поля.
Среди различных типов химической связи в химии полупроводников наиболее важна двухцентровая парноэлектронная ковалентная связь. Она объясняет собственную и примесную проводимость полупроводникового вещества. Оказалось, что только металлическая связь исключает полупроводниковые свойства. Поэтому в принципе к полупроводникам относят тела, не являющиеся металлами.
Существует определенная корреляция между характером межатомной химической связи и полупроводниковыми свойствами вещества. В полупроводниковых соединениях с ростом степени ковалентности увеличивается подвижность носителей тока. В то же время увеличение доли ионной связи ведет к росту ширины запрещенной зоны и уменьшению подвижности носителей тока. Таким образом, видоизменяя характер химической связи, можно синтезировать полупроводниковые соединения с нужными свойствами. Еще большие возможности в этом отношении открывает физико-химический анализ полупроводниковых систем, где полупроводниковые вещества выступают в качестве компонентов таких систем. При этом изучаются электрические, оптические и другие свойства полупроводников в зависимости от состава, а результаты представляются в виде геометрической диаграммы состав-свойство. Диаграмма дает возможность сознательно выбрать оптимальный состав, обладающий такими значениями электрофизических, оптических и других свойств, которые требуются для полупроводниковой техники. При этом наибольший интерес представляет образование твердых растворов между полупроводниковыми фазами. В области однородности (твердые растворы) наблюдается непрерывное изменение свойств от изменения состава.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

16 − три =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector