Akceptor (fizika)

Akceptor - szilárdtestfizikában ( félvezetők is ) egy szennyeződés a kristályrácsban , amely lyuk típusú vezetőképességet ad a kristálynak, amelyben a lyukak töltéshordozók . A kifejezés a kristályban lévő kovalens típusú kötésekre vonatkozik.

Az akceptorok egyszeres és többszörös töltésűek . Például az elemek periódusos rendszerének IV. csoportjának elemei ( szilícium , germánium ) kristályaiban a III. csoportba tartozó elemek ( bór , alumínium , indium , gallium ) egyszeresen töltött akceptorok. Mivel a harmadik csoport elemeinek vegyértéke 3, akkor a külső elektronhéj három elektronja kémiai kötést képez három szomszédos atommal, például szilíciummal egy köbös rácsban, és nincs elég elektron a negyedik kötés kialakításához. . Nem nulla hőmérsékleten azonban bizonyos valószínűséggel a negyedik kötés a szilícium atomból hiányzó 4. elektron befogása miatt jön létre. Ebben az esetben a 4. elektrontól megfosztott szilíciumatom pozitív töltést kap. Az akceptor által befogott elektron energiája több eV-tal nagyobb, mint a vegyértéksáv tetejének energiája . Az elektronok hőmozgása miatt egy lyukat meg lehet tölteni egy szomszédos szilíciumatomból vett elektronnal, miközben az pozitív töltést kap - a lyuk ehhez a szilíciumatomhoz költözik. Ezért feltételezhetjük, hogy a töltéshordozók pozitív töltésű lyukakat mozgatnak. Amikor elektromos mezőt alkalmazunk, a lyukak szabályosan elkezdenek mozogni a katód felé. Természetesen a valódi töltéshordozók továbbra is elektronok.

Az akceptorokon lévő lyukak kötési energiájának becslésére gyakran használják a hidrogén-szerű centrum modelljét , amelyben a kötési energiát a Schrödinger-egyenlet hidrogénatomra vonatkozó megoldásából találjuk , figyelembe véve azt a tényt, hogy egy lyuk a kristály egy kvázirészecske , amelynek effektív tömege eltér a szabad elektron tömegétől, és az is, hogy a lyuk nem vákuumban mozog, hanem bizonyos permittivitású közegben . Az ilyen akceptorokat sekélynek nevezik, és hidrogénszerű szintek sorozatát alkotják, amelyek energiája a képletből becsülhető

E_{a}=E_{V}+R{\frac {m_{h}^{*}}{m_{0}\varepsilon ^{2}}}{\frac {1}{n^{ 2}}}

ahol az akceptor szint energiája, a vegyértéksáv tetejének energiája, a lyuk effektív tömege , egy szabad elektron tömege, a félvezető permittivitása, a Rydberg-állandó , a kvantumszám, amely 1-től végtelenig vesz egy értéket (azonban csak kis számokkal rendelkező állapotok ). $E_{a}$ $E_{V}$ $m_{h}^{*}$ ${\displaystyle m_{0))$ $\varepsilon$ $R$ $n$ $n$

Az akceptorszintek alap- és gerjesztett állapotának energiájának pontosabb kiszámításához figyelembe kell venni a helyi szennyeződési potenciált, valamint a lyukdiszperziós törvény számos ágának (könnyű és nehéz lyukak) jelenlétét sok félvezetőben. Azokat az akceptorokat, amelyek kötési energiája közel van a hidrogén-szerű modellből becsült energiához, sekély akceptoroknak nevezzük.

A lyukak effektív tömege jellemzően kicsi a szabad elektron tömegéhez képest. Ezenkívül a félvezetők meglehetősen nagy dielektromos áteresztőképességgel rendelkeznek (10-es nagyságrendűek), így az akceptor energiája körülbelül 100-1000-szer kisebb, mint egy hidrogénatomban lévő elektron energiája. Pontosan ezen tulajdonságok miatt sok félvezető akceptorszintje már szobahőmérsékleten ionizálódik. Tekintettel erre a tényre, a sekély akceptor szintek hullámfüggvényei a kristályrács számos periódusára kiterjednek, sokkal nagyobb sugárral, mint a Bohr-sugár .

Félvezető	Elfogadó	${\displaystyle E_{a}-E_{V))$ ( meV )
GaAs	C	26
	Lenni	28
	mg	28
	Si	35
Si	B	45
	Al	67
	Ga	72
	Ban ben	160
Ge	B	tíz
	Al	tíz
	Ga	tizenegy
	Ban ben	tizenegy

Lásd még

Donor (fizika)

Linkek

Irodalom

Anselm AI Bevezetés a félvezetők elméletébe. - 2. kiadás, add. és átdolgozott .. - M . : Nauka, 1978. - 615 p.