Номер 1277, страница 288 - гдз по физике 10 класс сборник задач Дорофейчик, Белая

1277. Кремний (элемент IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева) легирован донорной примесью — фосфором (элементом V группы). Заряжен ли полупроводник с примесью? Если заряжен, то каков знак заряда?

Атомы как кремния (Si), так и фосфора (P) в исходном состоянии электрически нейтральны, так как количество протонов в ядре каждого атома равно количеству электронов на его оболочках.

При легировании полупроводника (кремния) донорной примесью (фосфором), нейтральные атомы фосфора вводятся в нейтральный кристалл кремния. Весь кристалл в целом состоит из нейтральных атомов и, следовательно, сам является электрически нейтральным. Общее число протонов в кристалле равно общему числу электронов.

Атом фосфора является элементом V группы, поэтому у него на внешней электронной оболочке находится 5 валентных электронов. Когда атом фосфора замещает атом кремния (IV группа) в кристаллической решетке, четыре из его валентных электронов образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый электрон оказывается избыточным, он слабо связан со своим атомом и легко становится свободным, переходя в зону проводимости. При этом атом фосфора, потерявший электрон, превращается в неподвижный положительно заряженный ион ($P^+$).

Таким образом, в объеме полупроводника появляются свободные носители отрицательного заряда (электроны) и равное им количество неподвижных положительных ионов. Суммарный заряд всего кристалла остается равным нулю, так как положительный заряд ионов примеси компенсируется отрицательным зарядом свободных электронов, которые от них отделились, но остались внутри кристалла. Такой полупроводник называется полупроводником n-типа (от слова negative — отрицательный), потому что основными носителями заряда в нем являются электроны, но сам материал в целом электронейтрален.

Ответ: Полупроводник с примесью электрически нейтрален, то есть не заряжен.