Félvezetők szennyező vezetőképessége – elektromos vezetőképesség a félvezetőben lévő donor vagy akceptor szennyeződések miatt.
A szennyeződés vezetőképessége általában sokkal magasabb, mint a sajáté , ezért a félvezetők elektromos tulajdonságait a beléjük juttatott adalékanyagok típusa és mennyisége határozza meg .
A félvezetők belső vezetőképessége általában alacsony, mivel a szabad elektronok száma például a germániumban szobahőmérsékleten 3·10 13 /cm 3 nagyságrendű . Ugyanakkor a germánium atomok száma 1 cm 3 -ben ~ 10 23 . A félvezetők vezetőképessége növekszik a szennyeződések bejutásával, amikor a belső vezetőképesség mellett további szennyező vezetőképesség is keletkezik.
A szennyeződési központok lehetnek:
A szennyeződések koncentrációjának változtatásával jelentősen növelhető az egyik vagy másik előjelű töltéshordozók száma, és olyan félvezetők állíthatók elő, amelyekben túlnyomórészt negatív vagy pozitív töltésű hordozók vannak jelen.
A szennyeződéseket donorra (donating) és elfogadóra (receiving) oszthatjuk .
Tekintsük egy olyan félvezető elektromos vezetőképességének mechanizmusát, amely arzén As 5+ donor ötértékű szennyeződést tartalmaz , amelyet egy kristályba, például szilíciumba juttatnak. Egy ötértékű arzénatom négy vegyértékelektront ad kovalens kötések kialakításához, és az ötödik elektron nincs foglalt ezekben a kötésekben.
Az arzén ötödik vegyértékelektronjának leválási energiája (ionizációs energiája) a szilíciumban 0,05 eV = 0,08·10 −19 J, ami 20-szor kisebb, mint egy elektron szilíciumatomról való leválásának energiája. Ezért már szobahőmérsékleten szinte minden arzénatom elveszíti valamelyik elektronját és pozitív ionokká válik. A pozitív arzénionok nem tudják befogni a szomszédos atomok elektronjait, mivel mind a négy kötésük elektronokkal van felszerelve. Ebben az esetben az elektron üresedés - "lyuk" elmozdulása nem következik be, és a lyuk vezetőképessége nagyon kicsi, azaz gyakorlatilag hiányzik. A félvezető saját atomjainak egy kis része ionizált, az áram egy részét pedig lyukak alkotják, vagyis a donor szennyeződések olyan szennyeződések, amelyek vezetési elektronokat szállítanak anélkül, hogy azonos számú mobil lyuk jelenne meg. A végén egy túlnyomórészt elektronikus vezetésű félvezetőt kapunk, amelyet n-típusú félvezetőnek nevezünk .
Akceptor szennyeződés esetén például háromértékű indium In 3+ , a szennyező atom három elektronját tudja odaadni kovalens kötéshez mindössze három szomszédos szilíciumatommal, és egy elektron „hiányzik”. A szomszédos szilícium atomok egyik elektronja kitöltheti ezt a kötést, ekkor az In atom mozdulatlan negatív ionná válik, és az egyik szilíciumatomot elhagyó elektron helyén lyuk képződik. Az akceptor szennyeződések, amelyek befogják az elektronokat és ezáltal mobil lyukakat hoznak létre, nem növelik a vezetési elektronok számát. Az akceptor szennyeződésű félvezetőben a többségi töltéshordozók lyukak, a kisebbségi hordozók pedig az elektronok.
Azokat a félvezetőket, amelyekben a lyukak koncentrációja meghaladja a vezetési elektronok koncentrációját, p-típusú félvezetőknek nevezzük .
Meg kell jegyezni, hogy a félvezetőkbe szennyeződések bevitele, mint minden fém esetében, megzavarja a kristályrács szerkezetét és akadályozza az elektronok mozgását. Az ellenállás azonban nem növekszik, mivel a töltéshordozók koncentrációjának növelése jelentősen csökkenti az ellenállást. Így egy bórszennyezés bejuttatása százezer szilíciumatomra 1 atom mennyiségben mintegy ezerszeresére csökkenti a szilícium elektromos fajlagos ellenállását, és 10 8 -10 9 germánium atomonként egy indium atom összekeverése csökkenti az elektromos ellenállást . milliószorosára csökkenti a germániumot.
A félvezető eszközökben az ellenállás szabályozásának képességét szennyeződések bejuttatásával használják.
A lyukvezetőképesség nem kizárólagos jellemzője a félvezetőknek. Egyes fémek és ötvözeteik vegyes elektronlyuk vezetőképességűek a nem kollektív vegyértékelektronok egy részének elmozdulása miatt. Például a cink, berillium, kadmium, réz-ón ötvözetek esetében az elektromos áram lyukkomponense túlsúlyban van az elektronikával szemben.
Ha mind a donor, mind az akceptor szennyeződéseket egyidejűleg bejuttatják egy félvezetőbe, akkor a vezetőképesség természetét (n- vagy p-típusú) egy nagyobb áramhordozó-koncentrációjú szennyeződés határozza meg – elektronok vagy lyukak.
Aksenovich L. A. Fizika a középiskolában: elmélet. Feladatok. Tesztek: Proc. ellátást nyújtó intézmények részére általános. környezetek, oktatás / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Szerk. K. S. Farino. - Minszk: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 302-303.