Описати, як впливають на провідність кремнію домішки п'яти- та тривалентних елементів (арсену та індію), визначити їх назви та пояснити природу виникнення вільних електронів або дірок.
Розв’язання
Розглянемо атом п'ятивалентного елементу (наприклад, арсену). Він має 5 валентних електронів, тоді як кремній — лише 4. Чотири електрони утворюють зв'язки з сусідами, а п'ятий залишається вільним.
Розглянемо атом тривалентного елементу (наприклад, індію). Він має лише 3 валентні електрони. Він може утворити зв'язки тільки з трьома сусідами-кремнієм. Четвертий зв'язок неможливий без додаткового електрона, який «запозичується» від сусіднього атома кремнію.
Внаслідок цього в першому випадку виникає надлишок вільних електронів (основний носій — електрон), у другому — виникає дірка (основний носій — дірка).
Відповідь:
Атоми п'ятивалентних елементів (наприклад, арсену) називають донорними домішками, оскільки вони надають кристалу вільні електрони. Атоми тривалентних елементів (наприклад, індію) називають акцепторними домішками, оскільки вони приймають електрони і створюють дірки.
Описати, як впливають на провідність кремнію домішки п'яти- та тривалентних елементів (арсену та індію), визначити їх назви та пояснити природу виникнення вільних електронів або дірок.
Що треба знати
Кожний атом домішки може додати один вільний носій заряду — або електрон, або дірку. Якщо атом легко віддає електрон, це донорна домішка; якщо він «запозичує» електрон і створює дірку, це акцепторна домішка.
💡 Підказка — спробуй спершу сам
Розглянь структуру кристалічної ґратки кремнію (4 валентні електрони) і порівняй кількість валентних електронів у атомах домішок з кількістю зв'язків, що їх можна утворити.
Розв’язання крок за кроком
Розглянемо атом п'ятивалентного елементу (наприклад, арсену). Він має 5 валентних електронів, тоді як кремній — лише 4. Чотири електрони утворюють зв'язки з сусідами, а п'ятий залишається вільним.
Розглянемо атом тривалентного елементу (наприклад, індію). Він має лише 3 валентні електрони. Він може утворити зв'язки тільки з трьома сусідами-кремнієм. Четвертий зв'язок неможливий без додаткового електрона, який «запозичується» від сусіднього атома кремнію.
Внаслідок цього в першому випадку виникає надлишок вільних електронів (основний носій — електрон), у другому — виникає дірка (основний носій — дірка).
Відповідь:
Атоми п'ятивалентних елементів (наприклад, арсену) називають донорними домішками, оскільки вони надають кристалу вільні електрони. Атоми тривалентних елементів (наприклад, індію) називають акцепторними домішками, оскільки вони приймають електрони і створюють дірки.
