Взаимная компенсация доноров и акцепторов

 

Рассмотрим случай, когда в полупроводнике есть два типа примесей: мелкие доноры с энергией ионизации Е_d и концентрацией N_d и мелкие акцепторы с энергией ионизации Е_А и концентрацией N_A. И вдобавок E_d ¹ E_А, а N_d > N_А (рис. 4.15).

В этом случае при достаточно низких температурах все доноры могут лишиться своих электронов, а акцепторные уровни могут оказаться полностью заполненными электронами. Тогда условие электронейтральности имеет вид:

n - p = N_d - N_А (4.31)

Если N_d > N_А , то

n ≈ N _d - N_А (4.32)

То есть такой полупроводник будет иметь больше электронов, и его можно рассматривать как донорный полупроводник на участке “истощения примеси”.

Если N_d = N_А, то n = p, а это означает, что он ведет себя как собственный полупроводник. Такое явление называется компенсацией доноров и акцепторов. Действительно, за счет повышения температуры, возрастает генерация примесных электронов и дырок, но также возрастает их рекомбинация. Это приводит к полной компенсации примесных электронов и дырок.

В общем случае концентрация свободных носителей заряда в полупроводнике с донорами и акцепторами при условии N_d > N_А и E_А¹E_d и ( Т>>0), равняется:

 

n = N_d - N_A (4.33)

 

То есть на участке 3 (рис. 4.16) имеется частичная компенсацию доноров и акцепторов. Поскольку N_d>N_A, то полупроводник имеет электронную примесную проводимость.

При более низких температурах (участок 2) и небольшой компенсации, то есть если N_d - N_A >0, имеем:

(4.34)

Этот участок называется участком “половинного наклона”. В этом случае полупроводник возможно рассматривать как примесный с одним типом примеси.

. При дальнейшем снижении температуры (на участке 1) получаем:

(4.35)

Этот участок называется участком “целого наклона”.

Участок 4 отвечает собственной проводимости, которая была рассмотрена раньше.