Egzamino medžiaga (trumpas konspektas)

– 20 –elektronai. Sakoma, kad tokio puslaidininkio laidumas yra elektroninis arba n-tipo, o tokį laidumą sukuriančios priemaišos -donorinės.Panagrinėkime laidumą, kai legiruojančios priemaišos valentingumas yra mažesnis. 7pav. pavaizduota kristalinė gardelė silicio, legiruoto trivalenčiu boru. Trijų valentinių boroelektronų nepakanka jungtims su kaimyniniais silicio atomais sudaryti. Dėl to viena jungtislieka neužpildyta ir bet kuriuo metu į ją gali patekti elektronas iš kaimyninės jungties.Elektronui užpildžius jungtį, jo buvusioje vietoje atsiranda skylutė, kurios padėtis vėlgi galikisti, t.y. skylutė gali judėti kristalo tūryje. Priemaišos atomas, prisijungęs papildomąelektroną, turi nesukompensuotą neigiamąjį krūvį, tačiau pastarasis surištas su atomu ir srovėspernešime nedalyvauja. Taigi puslaidininkyje, legiruotame mažesnio valentingumopriemaišomis, taip pat yra tik vieno tipo judrieji krūvininkai – skylutės. Toks laidumasvadinamas skyliniu, pats puslaidininkis – p-tipo, o tokį laidumą sąlygojančios priemaišos –akceptorinėmis.Tiek donorinės, tiek akceptorinės priemaišos iškreipiagardelės elektrinį lauką, dėl ko kristalo draustinėje juostoje atsirandapriemaišiniai lygmenys. Fermio lygmuo n-tipo puslaidininkiuose yraviršutinėje draustinės juostos pusėje, p-tipo puslaidininkiuose -apatinėje draustinės juostos pusėje (8 pav.). Kylant temperatūrai,Fermio lygmuo abiejų tipų puslaidininkiuose pasislenka linkdraustinės juostos vidurio.Jeigu donoriniai lygmenys išsidėstę arti valentinės juostosviršaus (o tai būna tada, kai penktasis valentinis elektronas stipriaisusijęs su savo atomu), tokių priemaišų įtaka puslaidininkio laidumuinežymi. Visai kitaip yra tada, kai donoriniai lygmenys arčiaulaidumo juostos dugno (8a pav.). Šiuo atveju iš donorinio lygmens pereiti į laidumo juostą elektronui reikia žymiai mažiauenergijos. Tokios energijos elektronas turi įprastose temperatūrose.Akceptorinės priemaišos ženklią įtaką laidumui daro tuomet, kuomet jų lygmenys yra netoli valentinės juostos viršaus(8b pav.). Iš valentinės juostos į akceptorinį lygmenį perėjus elektronui, valentinėje juostoje atsiranda skylutė.Keliant puslaidininkio temperatūrą, priemaišinių krūvininkų koncentracija greitai pasiekia soties vertę. tai reiškia, kadatsilaisvina praktiškai visi donoriniai lygmenys arba elektronais užsipildo visi akceptoriniai lygmenys ( p-tipopuslaidininkiuose ). Be to, kylant temperatūrai, vis labiau reiškiasi ir savasis laidumas, sąlygojamas elektronų šuolių išvalentinės į laidumo juostą .Žemų temperatūrų srityje vyrauja priemaišinis laidumas.12.6. pn sandūrapn sandūra vadinamas plonas sluoksnis (nuo dešimtųjų iki keleto mikrometrų),susidaręs p ir n laidumo tipų puslaidininkių kontakto vietoje. Pažymėsime, kad joksmechaninis sujungimas gero kontakto neužtikrina. Gerą kontaktą, pvz., galima gauti į n-tiposilicį įlydžius indį, kuris siliciui yra akceptorinė priemaiša. Trumpai aptarkime pn sandūrojevykstančius fizikinius procesus (9 pav.). p-tipo puslaidininkyje pagrindiniai krūvininkai yraskylutės, jų koncentracija gerokai viršija nepagrindinių krūvininkų – laisvųjų elektronų –koncentraciją. n-tipo puslaidininkyje viskas atvirkščiai, tačiau iki kontakto sudarymo abupuslaidininkiai yra elektriškai neutralūs. Sudarius kontaktą, elektronai iš n-tipopuslaidininkio difunduoja į p-tipo puslaidininkį (nes ten jų koncentracija maža), skylutės – išp į n. Elektronai p-tipo puslaidininkyje rekombinuoja su skylutėmis. Taip susidaronuskurdintas sluoksnis. n-tipo puslaidininkyje analogiškai susidaro nuskurdintas elektronaissluoksnis. Tiek vienas, tiek antras nuskurdintieji sluoksniai įsielektrina. Susidaręs kontaktiniselektrinis laukas sustabdo tolimesnę pagrindinių laisvųjų krūvininkų difuziją: pereidama iš p į n sritį, skylutė turi "užlipti" antW p aukščio potencialo barjero, ant analogiško barjero turi "užlipti" ir elektronas, pereidamas iš n į p sritį. Tokio perėjimotikimybė bei pagrindinių krūvininkų srovės tankis proporcingi vadinamajam Bolcmanodaugikliui:srovės tankis išreiškiamas taip:kTp p e ,(12.4)kTj j e .(12.5)0Tokį potencialo barjerą (kontaktinis potencialų skirtumas – dešimtosios volto dalys)krūvininkai galėtų įveikti tik esant kelių tūkstančių laipsnių temperatūroms, įprastosetemperatūrose toks kontaktas pagrindiniams krūvininkams yra užtvarinis, nepagrindiniams– ne, tačiau jų koncentracijos labai mažos, ir srovė praktiškai neteka.Prie pn sandūros prijungus išorinį elektrovaros šaltinį (kaip parodyta 10 pav.),išorinis elektrinis laukas sumažina kontaktinį elektrinį lauką ir potencialo barjerą, todėl0WWkTj j e ,(12.6)0W eU