Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.
Примесную проводимость полупроводников рассмотрим на примере Ge и Si, в которые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Например, при замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка (рис. 319, а) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решетки отщеплен от атома, т. е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи; следовательно дырка не возникает. Избыточный положительный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и поэтому перемещаться по решетке не может.
С точки зрения зонной теории рассмотренный процесс можно представить следующим образом (рис. 319, б). Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня D валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии DED=0,013 эВ. Так как DED<kT, то уже при обычных температурах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости; образующиеся при этом положительные заряды локализуются на неподвижных атомах мышьяка и в проводимости не участвуют.
Дано:
ΔT = 10 К
V₂ = 1,5V₁
Найти:
T₁ - ?
1) Идеальный газ подчиняется из формулы про объединенный газовый закон:
P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ - объединенный газовый закон
В условий сказано про температуру и про объем идеального газа, а давление не сказано, значит идеальный газ при нагреве давление не изменяется (P = const), следовательно мы получим закон Гей-Люссака:
При P = const (P₁ = P₂) можно получить: V₁/T₁ = V₂/T₂ - закон Гей-Люссака
2) Воспользуемся формулами которые мы записали в дано, мы записываем все что известно в формулу про закона Гей-Люссака:
T₂ = T₁ + ΔT ⇒ T₂ = T₁ + 10 К - Температура после нагревания
V₂ = 1,5V₁ - возрастание объема у идеального газа
V₁/T₁ = V₂/T₂ - закон Гей-Люссака , следовательно мы получим:
V₁/T₁ = 1,5V₁ / (T₁ + 10 К) | : V₁
1/T₁ = 1,5/(T₁ + 10 К)
1,5T₁ = T₁ + 10 К
1,5T₁ - T₁ = 10 К
0,5T₁ = 10 К
T₁ = 10 К / 0,5 = 20 К
ответ: T₁ = 20 К