Полупроводники — это вещества, которые обладают свойствами проводить электрический ток лучше, чем изоляторы, но хуже, чем металлы. Главным образом, электронная проводимость в полупроводниках осуществляется за счет наличия свободных электронов. Однако, натуральные полупроводники не всегда обладают достаточно большим количеством электронов для обеспечения эффективной проводимости. Поэтому, для увеличения электронной проводимости и создания полупроводников с нужными свойствами, в них добавляют определенные примеси или проводимость увеличивают иными способами.
Одним из способов улучшения электронной проводимости полупроводников является допирование – добавление специальных атомов примеси. В случае полупроводников с электронной проводимостью, для увеличения количества электронов допируют полупроводники примесными атомами, обладающими избыточным количеством электронов. Такие вещества называются донорными примесями. Основным примером допирования полупроводников с примесями является применение фосфора (P) или антимония (Sb) в кремниевых полупроводниках.
Однако, помимо допирования путем добавления примесей, электронную проводимость полупроводников можно увеличить другими способами. Например, можно использовать поверхностные покрытия, которые образуют структуры с большим количеством свободных электронов. Кроме того, электронную проводимость можно улучшить путем создания наноструктур, которые обеспечивают эффективное движение электронов по поверхности полупроводника.
Основные добавки, обеспечивающие электронную проводимость полупроводников
Для получения электронной проводимости полупроводников применяются различные добавки, которые изменяют их электрические свойства. В основном это включает в себя введение примесей или создание дефектов в кристаллической решетке материала.
Одним из наиболее распространенных способов обеспечения электронной проводимости является добавление примесей, таких как фосфор, арсений или мышьяк, в кремниевую матрицу. Эти примеси имеют большую концентрацию электронов в своей валентной области, что позволяет создать носители заряда в полупроводнике.
Кроме того, для обеспечения электронной проводимости используют специально созданные дефекты в кристаллической решетке полупроводника. Это могут быть например, дислокации или вакансии атомов. Эти дефекты создают несовершенства в решетке и позволяют электронам свободно перемещаться.
Важно отметить, что добавки для обеспечения электронной проводимости могут вызывать и другие электрические эффекты, такие как изменение электронной подвижности или формирование п-переходов. Поэтому выбор и оптимизация добавок требует определенных знаний и опыта в области разработки полупроводниковых материалов.
Атомы примеси
Атомы примеси могут иметь различные электронные свойства, которые влияют на электронную проводимость полупроводников. Например, атомы примеси могут «добавлять» или «забирать» свободные электроны у атомов материала полупроводника. Такие примеси называются донорными или акцепторными, соответственно.
Донорные примеси добавляют лишние электроны в полупроводник, создавая свободные электроны, которые могут перемещаться и создавать электронную проводимость. Акцепторные примеси забирают электроны у атомов материала полупроводника, создавая дырки – отсутствие электронов в электронных оболочках.
Атомы примеси могут быть управляемо добавлены в полупроводник при изготовлении самого полупроводника или могут быть добавлены в позже в виде покрытия или пленки. Добавление атомов примеси позволяет изменять электронные свойства полупроводника и его электронную проводимость в нужном направлении.
Дефекты решетки
Для получения электронной проводимости в полупроводниках, добавляют различные дефекты в кристаллическую решетку. Эти дефекты могут быть как управляемыми, которые вводятся специально в процессе производства, так и неуправляемыми, к которым относятся дефекты, возникающие самопроизвольно.
Встречающиеся управляемые дефекты включают вакансии, атомные подвижности, имплантацию и диффузию примесей. Вакансии – это места в кристаллической решетке, где атомы отсутствуют, что влияет на проводимость электронов. Добавление примесей, таких как бор, сайлиций или германий, может значительно изменить электронную проводимость материала.
Самопроизвольно возникающие дефекты включают точечные дефекты, такие как вакансии и примеси, а также линейные дефекты, называемые дислокациями, и плоские дефекты, такие как границы зерен и ступени. Вакансии и примеси создают недостающие или дополнительные атомы в решетке, что влияет на перенос заряда. Дислокации представляют собой перекосы или срезы в кристаллической решетке, которые могут облегчать движение электронов. Границы зерен и ступени между различными кристаллическими областями также могут значительно влиять на проводимость материала.
Дефекты решетки играют важную роль в электронной проводимости полупроводников, поскольку они могут влиять на движение электронов в материале. Оптимизация дефектов может привести к улучшению проводимости и другим электронным свойствам полупроводниковых материалов.
Функциональные слои
В полупроводниковых материалах, для придания электронной проводимости, можно добавить функциональные слои, которые представляют собой дополнительные примеси или различные виды обработки поверхности.
Одним из таких функциональных слоев является слой, содержащий примеси атомов других элементов. Эти примеси вводят лишние или недостающие электроны, образуя свободные или дырочные носители заряда. Примеси могут быть добавлены в материал в процессе его синтеза или с помощью имплантации ионов.
Ещё одним популярным функциональным слоем является оксидная пленка на поверхности материала. Оксид образуется в результате окисления полупроводника и может использоваться для регулирования концентрации и мобильности носителей заряда. Такие пленки могут быть созданы с помощью различных методов, например, термического окисления или химического осаждения.
Также функциональные слои могут включать различные виды покрытий, например, металлические контакты для электрического соединения с другими компонентами, или пленки, предназначенные для защиты полупроводникового материала от воздействия окружающей среды.
Все эти функциональные слои играют важную роль в электронных устройствах, позволяя контролировать и усиливать электронную проводимость полупроводниковых материалов.