Акцепторная примесь

Акце́пторная при́месь (от англ. acceptor) — примесь в полупроводнике, ионизация которой сопровождается захватом электронов из валентной зоны или с донорной примеси.

Физическая природа

Считается, что в идеальной модели полупроводника он состоит только из атомов, входящих в его химическую формулу и расположенных таким образом, что собственные (внутренние) дефекты отсутствуют (нет дефектов по Френкелю и дефектов по Шоттки, дислокаций и др.). Наиболее близкими к такой модели являются собственные полупроводники. В них концентрации электронов и дырок равны друг другу.

В природе таких веществ не бывает, и в реальных полупроводниках всегда присутствует определённая концентрация примесей, определяющая чистоту каждого конкретного образца полупроводника. В особо чистых кристаллах кремния и германия концентрация примесных атомов не превышает $10^{12}-10^{13}$ см⁻¹, но достижение такой степени чистоты материала и его хранение требуют значительных усилий.

В отличие от собственных дефектов считается, что донорные и акцепторные примеси образуются атомами веществ, отличных от химического состава полупроводника-матрицы. В этом случае важную роль играют валентности вещества-матрицы и примеси. Если валентность примеси меньше валентности полупроводника-матрицы, то в системе полупроводник-примесь образуется дополнительная дырка, и такую примесь называют акцепторной. В физике полупроводников носителей заряда, концентрация которых выше, принято называть основными, ниже — неосновными. Если концентрация примеси такова, что электрическая проводимость системы полупроводник — примесь обеспечивается в основном дырками, говорят, что это проводимость $p$-типа. В такой системе концентрация электронов меньше концентрации дырок. В противоположном случае говорят о донорной примеси, основными носителями заряда являются электроны, а электрическую проводимость называют проводимостью $n$-типа.

$\mathrm {N} \!\!\mathrm {B} !$Следует помнить, что одно и то же вещество-примесь в разных полупроводниках-матрицах может быть как донорной, так и акцепторной примесью.

Файл:P-Ge.jpg

Акцепторная примесь в Ge, легированном In

Рассмотрим модельную систему, в которой полупроводником-матрицей будет элементарный полупроводник — германий (Ge). Его валентность равна 4, следовательно, акцепторной примесью для кремния будет вещество с валентностью ниже 4, например, вещества III группы таблицы Менделеева — бор (B, валентность 5), алюминий (Al), галлий (Ga) или индий (In). В этом случае атом бора (алюминия, галлия или индия), заняв место в узле кристаллической решётки германия, образует 3 ковалентные связи с германием и захватывает один электрон (другими словами, появляется дырка в валентной зоне). Если примесных атомов индия достаточно много, концентрация дырок может обеспечить проводимость $p$-типа.

На рисунке схематически показана схема образования двух дырок в германии двумя примесными атомами индия. Германий с высокой концентрацией акцепторной примеси часто обозначают $p$-Ge.

В многокомпонентных полупроводниках в качестве донорной примеси могут выступать атомы электроположительных элементов (Сu, Zn, Cd, Hg и др.), избыточные по отношению к составу, описываемому стехиометрической формулой полупроводника-матрицы.

См. также

• Полупроводники
• Примесная проводимость
• Полупроводниковые материалы

Литература

• Бонч-Бруевич В. Л., Калашников С. Г. Физика полупроводников. — М. : Наука, 1990.
• Стильбанс Л. С. Физика полупроводников. — М. : Советское радио, 1967.
• Шалимова К. В. Физика полупроводников. — СПб. : «Лань», 2010.
• Ансельм А. И. Введение в теорию полупроводников : учебное пособие для вузов. — 3-е изд., стер. — СПб. : Лань, 2008.

Ссылки

• Донорная и акцепторная примесь
• Донорные и акцепторные примеси в полупроводниках

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Акцепторная примесь», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Акцепторная_примесь» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».