Акцептор (физика)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Акце́птор — в физике твёрдого тела (см. также полупроводники) примесь в кристаллической решётке, которая придаёт кристаллу дырочный тип проводимости при которой носителями заряда являются дырки. Термин имеет смысл при ковалентном типе связей в кристалле.

Схематическое изображение кремния с акцепторной примесью бора

Акцепторы бывают однозарядными и многозарядными. Например, в кристаллах элементов IV группы периодической системы элементов (кремния, германия) элементы III группы (бор, алюминий, индий, галлий) являются однозарядными акцепторами. Поскольку элементы третьей группы имеют валентность 3, то три электрона его внешней электронной оболочки образуют химическую связь с тремя соседними атомами, например, кремния в кубической решётке, а электрона для образования четвёртой связи недостает. Однако при ненулевой температуре с определённой вероятностью четвёртая связь образуется за счет захвата недостающего 4-го электрона у атома кремния. При этом лишенный 4-го электрона атом кремния приобретает положительный заряд (вакансия). Энергия захваченного акцептором электрона на несколько мэВ выше энергии потолка валентной зоны. Из-за теплового движения электронов вакансия может быть заполнена электроном, отнятым у соседнего атома кремния, при этом тот приобретёт положительный заряд - вакансия переместится на этот атом кремния. Поэтому, можно считать, что носителями заряда являются перемещаемые положительно заряженные вакансии. При приложении электрического поля вакансии начнут упорядоченно двигаться к катоду. Естественно, истинными носителями заряда по-прежнему являются электроны, но для описания процессов и развития теории полупроводников удобно принять, что в валентной зоне кристалла образуется так называемая дырка с положительным зарядом, которая может свободно двигаться по кристаллу, и, таким образом, участвовать в электропроводности кристалла.

Для оценки энергии связи дырок на акцепторах часто используют модель водородоподобного центра, в которой энергия связи находится из решения уравнения Шредингера для атома водорода с учетом того, что дырка в кристалле — квазичастица, эффективная масса которой отличается от массы свободного электрона, а также того, что дырка движется не в вакууме, а в среде с определённой диэлектрической проницаемостью. Более строгий расчет энергии основного и возбужденных состояний акцепторных уровней требует учета локального потенциала примеси, а также наличия во многих полупроводниках нескольких ветвей у закона дисперсии дырок (легкие и тяжелые дырки). Акцепторы, энергия связи которых близка к энергии, оцененной из водородоподобной модели, называются мелкими акцепторами.

Обычно эффективные массы дырок малы в сравнении с массой свободного электрона. Кроме того полупроводники имеют достаточно большие значения диэлектрической проницаемости (порядка 10), так что энергия акцептора примерно в 100—1000 раз меньше энергии электрона в атоме водорода. Именно благодаря этим особенностям акцепторные уровни во многих полупроводниках ионизованы уже при комнатной температуре. Учитывая этот факт, волновые функции мелких акцепторных уровней простираются на много периодов кристаллической решётки, имея радиус намного больше чем радиус Бора.

Полупроводник Акцептор E_a-E_V (мэВ)
GaAs C 26
Be 28
Mg 28
Si 35
Si B 45
Al 67
Ga 72
In 160
Ge B 10
Al 10
Ga 11
In 11

См. также[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

Ансельм А. И. Введение в теорию полупроводников. — 2-е изд., доп. и перераб.. — М.: Наука, 1978. — 615 с.