Примесный атом

Примесные атомы относятся к точечным дефектам кристаллической решётки. Примесные атомы могут располагаться в узлах кристаллической решётки вместо основных атомов кристалла, или в междоузлиях. В первом случае говорят о примеси замещения, во втором — о примеси внедрения^[2].

На рисунке показаны способы расположения примесного атома в решётке кристалла. Здесь ${\displaystyle {\text{А}}}$ — идеальная кристаллическая решётка кристалла, без примесей, ${\displaystyle {\text{Б}}}$ — примесный атом расположен в междоузлии кристаллической решётки, ${\displaystyle {\text{В}}}$ — примесный атом расположен вместо одного из основных атомов кристаллической решётки кристалла.

Если примесные атомы содержатся в кристалле полупроводника в значительных концентрациях, то в зависимости от того, являются они донорами или акцепторами, их наличие может определять тип проводимости полупроводника. В таких случаях говорят о примесной проводимости полупроводника, в отличие от собственной проводимости, при которой примесные атомы в полупроводнике отсутствуют. Примесные атомы образуют примесные уровни в запрещённой зоне полупроводника-матрицы. Донорные уровни расположены вблизи дна зоны проводимости, акцепторные — у потолка валентной зоны.

Примесные атомы могут попадать в кристалл при его росте из расплава или раствора, при искусственном введении примесей (легировании) или под влиянием внешних воздействий, нагрева, механического воздействия, электрического тока, облучении электронами, ионами и нейтронами, а также различными видами излучений.

Примером примесного атома, играющего роль донора, может служить атом сурьмы ${\displaystyle {{\ce {Sb}}}}$ (элемент V группы) в кристаллической решётке германия ${\displaystyle {{\ce {Ge}}}}$ (элемент IV группы). Если атом сурьмы — примесный атом внедрения, то избыточный электрон обобществляется и участвует в проводимости полупроводника ${\displaystyle n}$-типа.

Примером примесного атома, играющего роль акцептора, является атом галлия ${\displaystyle {{\ce {Ga}}}}$ (элемент III группы) в кристаллической решётке германия ${\displaystyle {{\ce {Ge}}}}$ (элемент IV группы). Атом галлия, захватывая электрон, превращается в отрицательный ион галлия, создавая электронную вакансию или дырку, способствуя созданию полупроводника ${\displaystyle p}$-типа.

Примесные атомы играют важную роль в процессах, протекающих в полупроводниках, и являются важным объектом изучения в физике полупроводников. Управляя концентрацией примесных атомов в полупроводнике-матрице, можно создавать различные материалы для полупроводниковой электроники.