«А»: Я где-то читал, что количество примесных атомов в искусственно выращиваемых монокристаллах полупроводников исключительно невелико?!

«С»: Да, в германии, который употребляется в полупроводниковой технологии, количество примесных атомов должно быть не более одного на миллиард, а в кремнии еще меньше. Почти на два порядка.

«Н»: А зачем такая обалденная чистота?

«С»: Да по той причине, чтобы не оказывать существенное влияние на собственную проводимость! Поскольку самое интересное начинается тогда, когда в эти сверхчистые полупроводники искусственно добавляют или трехвалентные атомы индия, или пятивалентные атомы мышьяка. Давайте, к примеру, рассмотрим, что произойдет, если аккуратно внедрить в состав кристаллической решетки пятивалентный атом мышьяка (или сурьмы).

«Н»: Атом станет грязным!

«С»: Ничего подобного, Незнайкин! Пятый валентный электрон не сможет образовать ковалентную связь, поскольку создать ее будет не с кем! Вокруг «нормальные» атомы германия (или кремния). Этот пятый электрон, фактически, остается свободным. Достаточно малейшего воздействия, чтобы он начал свое путешествие по кристаллу.

«Н»: Но в этом случае получается, что в таком полупроводнике будет ИЗБЫТОК электронов!

«С»: Это действительно так. Принято называть такие полупроводники — полупроводниками n-типа (от слова negative — отрицательный). На всякий случай запомним, что пятивалентные примеси называются ДОНОРАМИ, поскольку они обеспечивают избыток свободных электронов!

«А»: Но в состав атома внедряют и трехвалентные атомы индия. И вот здесь я что-то не совсем понимаю ситуацию! Ведь в этом случае имеющиеся у индия ТРИ валентных электрона образуют связи с тремя из четырех эквидистантных атомов. В этом случае, как мне представляется, один из атомов германия (либо кремния) не сможет пристроить один из четырех электронов и этот четвертый электрон, в свою очередь, оторвавшись, сможет блуждать по кристаллу! А значит, и в этом случае проводимость должна быть n!?

«С»: Я понял твои сомнения, дорогой Аматор! Виноваты в них, прежде всего, плохие популяризаторы. Они, почему-то забывают указать один существенный нюанс. Действительно, «лишний электрон», как может по казаться, появляется у одного из атомов германия… Но Природа устроена очень интересно! Этот электрон не отправляется в путешествие по кристаллу! Он хитрым квантовым образом взаимодействует… с атомом индия. А поскольку образовать ковалентную связь с электронами индия, как мы уже говорили, он не может (все валентные электроны индия уже заняты), то возникает своего рода «ловушка», которая как бы «привязывает» этот «лишний» электрон. А в результате — в создании проводимости этот электрон не участвует!

«А»: Но атом германия (или кремния), «потерявший» таким образом один из своих электронов становится электроположительным?

«С»: Ну конечно! У него образуется незаполненная ковалентная связь, которая ВСЕГДА готова принять свободный электрон. И она его принимает… от соседнего атома германия (либо кремния)! Вот почему эту вакансию или брешь в физике полупроводников почетно именуют ДЫРКА! А теперь обратите внимание на рис. 11.1, который показывает фазы ДЫРОЧНОЙ ПРОВОДИМОСТИ, когда к полупроводнику p– типа (positive — положительный) приложено напряжение.

«А»: Пожалуй, я попробую рассказать о динамике изображенного процесса. В полупроводнике p– типа дырка, представляющая собой положительный заряд, перемещается от положительного полюса к отрицательному. На предложенных рисунках рассматриваются последовательные фазы этого процесса. В последнем из рисунков, электрон, поступивший от источника тока, заполняет ближайшую к отрицательному полюсу дырку. Одновременно с этим, другой электрон покидает ближайший к положительному полюсу атом. На месте этого электрона возникает новая «дырка»! Ну и так далее!

«С»: А что еще можно сказать по этому поводу?

«А»: Разве что отметить тот интересный факт, что когда электроны, в полном соответствии с физикой, перемещаются внутри кристалла к положительному полюсу, дырки перемещаются к… отрицательному!

«С»: И делают это так, как будто они являются РЕАЛЬНЫМИ частицами с положительным зарядом!

«Н»: Только теперь до меня дошло, почему раньше вместо ясного и четкого выражения «движение электрона», Аматор часто употреблял выражение — «носитель электрического заряда».

«А»: Слава Богу, Незнайкин, слава Богу! Но, дорогой Спец, разъясните нам понятнее, что такое р-n– переход?

«С»: Давайте проделаем мысленный эксперимент. Но еще прежде уясним себе, что именно на физических свойствах контактов между полупроводниками p– типа и n– типа, а также на контактах металл — полупроводник базируются принципы действия подавляющего большинства современных электронных элементов. Так вот, на границе раздела между двумя различными по типу электропроводности полупроводниками возникают ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БАРЬЕРЫ. А сама зона разграничения носит название Р-N– ПЕРЕХОДА. Информация к размышлению — его толщина порядка 0,3 микрона и меньше.