Примеси в полупроводниках
Химически чистые полупроводники обладают собственной проводимостью, которую в отличие от проводимости, обусловленной наличием примесей, обозначают буквой i. Эта проводимость наполовину электронная и наполовину дырочная. При весьма низкой температуре полупроводник практически является диэлектриком. Но при повышении температуры проводимость его возрастает, так как все большее количество электронов, бывших ранее связанными, переходит в полусвободное состояние и вместе с тем возникает такое же количество дырок.
В 1 см³ германия содержится около 10²² атомов и при температуре 20 °С возникает 10¹³ полусвободных электронов и столько же дырок. Для кремния это число равно 10¹¹. Следовательно, в чистом полупроводнике число носителей зарядов, способных своим перемещением образовать ток, составляет миллионные и миллиардные доли процента общего числа атомов.
В металлических проводниках все электроны внешних оболочек атомов являются полусвободными и могут перемещаться вдоль проводника. Таким образом, в металлах число полусвободных электронов равно числу атомов или больше его. Поэтому проводимость металлов в миллионы и миллиарды раз больше, чем у полупроводников.
Полупроводник без примесей обладает только собственной проводимостью. При наличии примесей существует как собственная проводимость i, так и примесная типа р или n в зависимости от рода примеси. Чтобы примесная проводимость преобладала, в каждом кубическом сантиметре полупроводника число атомов примеси должно быть больше числа собственных носителей заряда.
Например, для германия при комнатной температуре число атомов примеси должно быть больше 10¹³ на 1 см³, в котором содержится 10²² атомов германия.
Как видно, ничтожное количество примеси (для германия — более одного атома примеси на миллиард атомов самого германия или миллионные доли процента примеси) существенно изменяет характер и величину проводимости полупроводника. Получение полупроводников с таким малым и вполне определенным содержанием примеси является сложным процессом. Особенно трудно получить относительно чистый полупроводник, так как.допускается не более одного атома примеси на 10 млрд. атомов для чистого германия и не более одного атома на 100 млрд. атомов для чистого кремния.