Номер 9, страница 117, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 22. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 9, страница 117.

Условие.

9. Расскажите о полупроводниках n-типа.

Решение.

Полупроводники n-типа (от английского negative — отрицательный) — это примесные полупроводники, в которых основными (мажоритарными) носителями заряда являются электроны, а неосновными (миноритарными) — дырки.

Такие полупроводники получают путем легирования (введения примесей) собственного (чистого) полупроводника, например, кремния ($Si$) или германия ($Ge$), которые являются элементами IV группы периодической таблицы, примесями элементов V группы. Элементы V группы, такие как фосфор ($\text{P}$), мышьяк ($As$) или сурьма ($Sb$), называются донорными примесями.

Рассмотрим механизм образования полупроводника n-типа на примере легирования кремния мышьяком. Атом мышьяка имеет пять валентных электронов. Когда атом мышьяка замещает атом кремния в узле кристаллической решетки, четыре из его валентных электронов образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый валентный электрон оказывается «лишним». Он слабо связан с ядром своего атома и для его отрыва требуется очень малая энергия (порядка 0.01-0.05 эВ).

На зонной диаграмме это означает, что атомы донорной примеси создают в запрещенной зоне полупроводника локальные энергетические уровни (донорные уровни), расположенные очень близко к дну зоны проводимости. Уже при комнатной температуре тепловой энергии достаточно, чтобы эти слабосвязанные электроны перешли с донорных уровней в зону проводимости, став свободными носителями заряда. При этом атом примеси, потерявший электрон, превращается в неподвижный положительный ион, встроенный в кристаллическую решетку.

Таким образом, введение донорной примеси приводит к значительному увеличению концентрации свободных электронов $n_n$ в зоне проводимости по сравнению с концентрацией дырок $p_n$, которые образуются в основном за счет тепловой генерации электронно-дырочных пар. То есть, для полупроводника n-типа выполняется условие $n_n \gg p_n$. Несмотря на наличие свободных электронов, полупроводник n-типа в целом остается электрически нейтральным, так как заряд свободных электронов компенсируется зарядом положительных ионов примеси. Электропроводность таких материалов обусловлена преимущественно движением электронов.

Ответ: Полупроводники n-типа — это полупроводники, в которых электропроводность осуществляется в основном за счет движения свободных электронов. Их получают путем добавления в чистый полупроводник (например, кремний) небольшой примеси пятивалентного элемента (донора), такого как мышьяк или фосфор. Атом примеси отдает один свой электрон в зону проводимости, становясь свободным носителем заряда. В результате концентрация электронов (основных носителей) значительно превышает концентрацию дырок (неосновных носителей), что и определяет свойства материала.