Номер 3, страница 20 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 6. Примесный полупроводник - составная часть элементов схем. Глава 1. Постоянный электрический ток - номер 3, страница 20.

3. Какую проводимость полупроводников называют примесной? Охарактеризуйте донорную и акцепторную примеси.

Проводимость чистых полупроводников, обусловленная генерацией пар носителей заряда (электрон-дырка) под действием температуры или света, называется собственной проводимостью. Она, как правило, невелика.

Примесной проводимостью полупроводников называют электропроводность, обусловленную введением в кристалл чистого полупроводника небольшого количества атомов примесей (процесс легирования). Введение примесей позволяет целенаправленно изменять тип и концентрацию основных носителей заряда (электронов или дырок), что приводит к значительному увеличению электропроводности по сравнению с собственной. В зависимости от типа примеси различают донорную и акцепторную примеси, которые создают полупроводники n-типа и p-типа соответственно.

Ответ: Примесная проводимость — это электропроводность полупроводника, которая возникает из-за введения в его кристаллическую решетку примесных атомов, создающих избыточную концентрацию либо свободных электронов, либо дырок.

Донорная примесь

Донорная примесь — это примесь, атомы которой имеют больше валентных электронов, чем атомы основного полупроводника. Например, для четырехвалентного кремния ($Si$) или германия ($Ge$) донорными примесями являются элементы V группы периодической системы, такие как фосфор ($P$), мышьяк ($As$) или сурьма ($Sb$), имеющие по пять валентных электронов.

При встраивании в кристаллическую решетку полупроводника атом донорной примеси замещает атом основного вещества. Четыре из пяти его валентных электронов образуют ковалентные связи с соседними атомами полупроводника. Пятый электрон оказывается избыточным, он слабо связан со своим атомом и при небольшой затрате энергии (значительно меньшей, чем энергия, необходимая для разрыва ковалентной связи) отрывается и становится свободным, переходя в зону проводимости. Таким образом, каждый атом донорной примеси "поставляет" (донор — от лат. donare — дарить) один свободный электрон, не создавая при этом дырки. Атом примеси, потерявший электрон, превращается в неподвижный положительный ион.

В полупроводнике с донорной примесью основными (мажоритарными) носителями заряда являются электроны. Такой полупроводник называется полупроводником n-типа (от англ. negative — отрицательный). Его проводимость является преимущественно электронной.

Ответ: Донорная примесь — это примесь атомов с большей валентностью, чем у атомов полупроводника (например, мышьяк в кремнии). Она поставляет в кристалл свободные электроны, создавая полупроводник n-типа с электронной проводимостью.

Акцепторная примесь

Акцепторная примесь — это примесь, атомы которой имеют меньше валентных электронов, чем атомы основного полупроводника. Например, для четырехвалентного кремния ($Si$) или германия ($Ge$) акцепторными примесями являются элементы III группы периодической системы, такие как бор ($B$), алюминий ($Al$), галлий ($Ga$) или индий ($In$), имеющие по три валентных электрона.

Когда атом акцепторной примеси замещает атом в кристаллической решетке полупроводника, он может образовать только три ковалентные связи со своими соседями. Для образования четвертой связи ему не хватает одного электрона. Это вакантное место для электрона называется дыркой. Атом примеси стремится завершить свою оболочку и легко "захватывает" (акцептор — от лат. acceptor — принимающий) электрон из соседней ковалентной связи основного полупроводника. В результате на месте захваченного электрона образуется подвижная дырка, которая ведет себя как положительный заряд. Атом примеси, захвативший электрон, становится неподвижным отрицательным ионом.

В полупроводнике с акцепторной примесью основными (мажоритарными) носителями заряда являются дырки. Такой полупроводник называется полупроводником p-типа (от англ. positive — положительный). Его проводимость является преимущественно дырочной.

Ответ: Акцепторная примесь — это примесь атомов с меньшей валентностью, чем у атомов полупроводника (например, бор в кремнии). Она создает вакантные места для электронов — дырки, создавая полупроводник p-типа с дырочной проводимостью.