Отобразите визуальную схему атомов германия (Ge), объясняя механизм собственной проводимости. Какова природа

Магия_Звезд_9832

27

Давайте начнем с отображения визуальной схемы атомов германия (Ge) и объяснения механизма собственной проводимости.

Германий (Ge) - это полупроводник из группы четырехвалентных элементов. В его кристаллической решетке каждый атом германия образует четыре ковалентных связи с соседними атомами, образуя таким образом кристаллическую конструкцию.

При нулевой примеси (собственная проводимость) электронная структура германия заполняется электронами валентной зоны (внешней оболочки), состоящей из 4 электронов. Эти электроны, связанные в ковалентных связях, довольно плотно заполняют энергетические уровни валентной зоны, что делает германий практически негативно заряженным и широкополосным запрещенным полупроводником.

Однако проводимость может быть модифицирована введением примесей. При примеси электрона, например урана (U), в кристаллическую решетку германия, дополнительные электроны, выходящие из энергетических уровней урана, способны свободно двигаться по кристаллической решетке и участвовать в проводимости. При этом уровень Ферми смещается вниз и создается зонная структура с энергетическими уровнями, доступными для проводимости электронов.

При примеси дырок, то есть атомов из группы трехвалентных элементов, например индия (In), в кристаллическую решетку германия, происходит недостаток электронов. Это приводит к образованию "дырок" в валентной зоне германия, которые ведут себя как положительно заряженные носители заряда. Эти дырки могут двигаться в кристалле, создавая проводимость.

Теперь рассмотрим тип проводимости при примеси индия (In) в германии (Ge). Поскольку индий является трехвалентным элементом и при примеси замещает атомы германия, создается недостаток электронов и образуются дырки, то проводимость при такой примеси будет типа "проводимость дырок".

Аналогично, при примеси галлия (Ga) в германии (Ge) также возникает проводимость типа "проводимость дырок", так как галлий также является трехвалентным элементом и создает дырки в валентной зоне германия.

Теперь рассмотрим проводимость при примеси мышьяка-4 (As) в кремнии (Si). Мышьяк является пятивалентным элементом и при примеси замещает атомы кремния, что приводит к избытку электронов. Эти избыточные электроны создают проводимость типа "проводимость свободных электронов" в кремнии.

При примеси алюминия (Al) в кремнии (Si) также создается проводимость типа "проводимость свободных электронов", так как алюминий также является трехвалентным элементом, и его примесь приводит к избытку электронов в кремнии.

Надеюсь, данное объяснение ответит на все ваши вопросы о проводимости и типах проводимости при примесях в германии (Ge) и кремнии (Si). Если у вас возникнут дополнительные вопросы, не стесняйтесь задавать.