Номер 1269, страница 287 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

1269. *Можно ли получить $p$-$n$-переход$, вплавив олово в германий или кремний?

Решение

Для создания p-n-перехода необходимо на границе двух областей одного и того же полупроводника создать разные типы проводимости: дырочную (p-тип) и электронную (n-тип). Это достигается путем легирования — введения в кристалл полупроводника примесных атомов других химических элементов.

Германий ($Ge$) и кремний ($Si$) являются полупроводниками IV группы периодической системы элементов. Это означает, что их атомы имеют по четыре валентных электрона, которые образуют ковалентные связи в кристаллической решетке.

Чтобы получить полупроводник n-типа (с преобладанием электронов), в германий или кремний вводят донорную примесь — элемент V группы (например, фосфор $P$, мышьяк $As$). Атомы донорной примеси имеют пять валентных электронов. Четыре из них участвуют в образовании ковалентных связей с соседними атомами основного полупроводника, а пятый электрон оказывается слабо связанным и легко становится свободным носителем заряда (электроном).

Чтобы получить полупроводник p-типа (с преобладанием дырок), вводят акцепторную примесь — элемент III группы (например, бор $B$, индий $In$). Атомы акцепторной примеси имеют три валентных электрона. Для образования четырех ковалентных связей с соседними атомами им не хватает одного электрона, что приводит к образованию вакантного места — «дырки». Дырка может быть заполнена электроном от соседнего атома, что эквивалентно перемещению положительного заряда по кристаллу.

Олово ($Sn$) — это химический элемент, который, как и германий и кремний, находится в IV группе периодической системы. Следовательно, атом олова также имеет четыре валентных электрона. Когда олово вплавляется в германий или кремний, его атомы замещают атомы основного полупроводника в узлах кристаллической решетки. Поскольку валентность олова такая же, как у германия и кремния, оно формирует четыре ковалентные связи и не создает ни избыточных свободных электронов, ни дырок. Такая примесь называется изовалентной и является электрически нейтральной. Она не изменяет тип проводимости полупроводника.

Таким образом, вплавление олова в германий или кремний не приведет к созданию области ни p-, ни n-типа проводимости, а значит, и p-n-переход сформировать не удастся.

Ответ: Нет, получить p-n-переход, вплавив олово в германий или кремний, нельзя. Олово является элементом той же IV группы, что и германий и кремний, поэтому оно выступает в роли нейтральной (изовалентной) примеси, которая не создает ни электронного, ни дырочного типа проводимости, необходимых для формирования p-n-перехода.