Примеси и дефекты

Примеси и дефекты в структуре решетки полупроводника делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают избыточные электроны и создают таким образом электронную проводимость (n-типа). Акцепторы захватывают валентные электроны вещества, в результате чего создаются дырки и возникает дырочная проводимость (p-типа). Типичные примеры доноров – примесные атомы элементов V группы (P, As, Sb) в Ge и Si. Внедряясь в кристаллическую решетку, такой атом замещает в одной из ячеек атом Ge. При этом 4 и 5 его валентных электронов образуют с соседними Ge ковалентные связи, а 5-й электрон оказывается для данной решетки лишним. Не локализуясь ни на одной связи, он становится электроном проводимости. При этом примесный атом однократно положительно заряжен и притягивает электрон, что может привести к образованию связанного (слабо) состояния электрона с примесным ионом. Уже при температуре 77К большинство примесей ионизированы, т.е. в полупроводнике появляются электроны проводимости с концентрацией, определяемой концентрацией донорных примесей.

Аналогично атомы III группы (B, Al, Ga, In) – типичные акцепторы в Ge и Si. Захватывая один из валентных электроннов Ge в дополнение к своим 3-м валентным электронам, они образуют 4 ковалентные связи с ближайшими атомами Ge и превращаются в отрицательно заряженный ион. В месте захваченного электрона остается дырка, которая может быть удержана в окрестности акцепторного иона кулаковским притяжением к нему, однако на большом расстоянии и с очень малой энергией связи. Поэтому при не очень низких температурах эти дырки являются свободными носителями заряда.