Номер 6, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

6. При каком условии в примесном полупроводнике возникает электронная проводимость? Приведите примеры.

Электронная проводимость (или проводимость n-типа) в примесном полупроводнике возникает при условии, что в кристалл основного полупроводника вводится примесь, валентность атомов которой превышает валентность атомов основного полупроводника. Такая примесь называется донорной, так как она «отдает» (донорствует) свободные электроны в кристалл.

Решение

Основными полупроводниками, используемыми в технике, являются четырехвалентные кремний ($Si$) и германий ($Ge$). Для создания в них электронной проводимости в качестве примеси используют пятивалентные химические элементы, такие как фосфор ($P$), мышьяк ($As$) или сурьма ($Sb$).

Механизм возникновения свободных электронов следующий: атом пятивалентной примеси (например, мышьяка) встраивается в кристаллическую решетку полупроводника, замещая один из его атомов (например, кремния). Четыре валентных электрона атома мышьяка образуют прочные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый валентный электрон оказывается не задействованным в образовании связей. Он остается слабо связанным со своим атомом и для его отрыва требуется очень малая энергия (значительно меньше, чем для разрыва ковалентной связи). Даже при комнатной температуре почти все такие «лишние» электроны отрываются от своих атомов и становятся свободными носителями отрицательного заряда, свободно перемещаясь по всему кристаллу. Эти электроны и создают электронную проводимость.

Поскольку каждый атом донорной примеси поставляет один свободный электрон, концентрация электронов ($n$) становится значительно больше концентрации дырок ($p$), которые образуются лишь в результате тепловых разрывов ковалентных связей. Такой полупроводник называют полупроводником n-типа (от английского negative — отрицательный), а электроны в нем — основными носителями заряда, в то время как дырки — неосновными.

Примеры:

• Полупроводник n-типа на основе кремния ($Si$) можно получить, добавив в него примесь фосфора ($P$) или мышьяка ($As$).
• Полупроводник n-типа на основе германия ($Ge$) можно получить, добавив в него примесь сурьмы ($Sb$).

Ответ: Электронная проводимость в примесном полупроводнике возникает, когда в кристалл полупроводника вводят донорную примесь — атомы с большей валентностью, чем у атомов самого полупроводника. Эти примесные атомы поставляют в кристалл свободные электроны, которые становятся основными носителями заряда. Примером является добавление пятивалентного мышьяка в четырехвалентный кремний.