Акцепторные примеси. Полупроводникиp-типа

Акцепторными примесями для германия и кремния являются атомы трехвалентных элементов, таких как бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In).

Название "акцептор" происходит от латинского acceptor - приемник. Каждый атом акцептора забирает из валентной зоны один электрон, создавая в валентной зоне носитель заряда - дырку. Такой примесный полупроводник, в котором носителями заряда являются положительные дырки, называется полупроводником p-типа (от лат. positiv - положительный).

На рисунке 14.2а) изображена схема кристаллической решетки германия (Ge) в которой на месте одного из атомов германия помещен атом бора (B), у которого три валентных электрона. Рядом, на рисунке 14.2б), изображена энергетическая зонная схема полупроводника с акцепторной примесью.

Рис. 14.2

Так как атом бора имеет три валентных электрона, то их окажется недостаточно для образования ковалентных связей с четырьмя соседями: одна из связей окажется лишь с одним электроном, полученным от атома германия. На эту незаполненную связь от соседних атомов германия переходит электрон, образуя положительно заряженную дырку на своем прежнем месте, и атом бора в результате, становится отрицательным ионом. Эта дырка будет связана с отрицательным ионом бора примерно так же, как донорный электрон связан с положительным ионом.

На энергетической схеме 14.2б) вакантный уровень (с дыркой на нем) мы должны разместить недалеко от "потолка" валентной зоны, его энергия выше "потолка" валентной зоны на величину E_a. За счет теплового движения электрон из валентной зоны может перейти на акцепторный уровень, создав свободную дырку в валентной зоне. На пространственной схеме 14.2а) этому процессу соответствует возможность удаления положительной дырки от отрицательного иона бора на сколь угодно большое расстояние: происходит ионизация акцептора и переход дырки из связанного состояния в свободное.

Для оценки энергии связи дырки E_a (она же - энергия ионизации акцептора) можно использовать те же соображения, что применялись для оценки энергии связи донорного электрона в предыдущем параграфе. Для бора в германии величина E_a ≈ 0,01 эВ. Так как энергия E_a невелика, то при комнатной температуре kT > E_a и все акцепторы будут ионизированы. Таким образом, как и в случае электронной проводимости, дырочная проводимость вследствие ионизации акцепторов не будет зависеть от температуры, а будет определяться только концентрацией примесных атомов.