Dioda półprzewodnikowa
Rodzaje nośników ładunku w przewodnikach i półprzewodnikach.
W przewodnikach występuje przewodnictwo o charakterze elektronowym. Do tej grupy należą metale i stopy metaliczne. W materiałach tych występują elektrony przewodnictwa z zewnętrznych powłok elektronowych, które tworzą gaz elektronów swobodnych. Swobodne elektrony uczestniczą w transporcie ładunku elektrycznego i ciepła. Najlepszymi przewodnikami są czyste metale jak srebro czy miedź. Ruchu elektronów nie zakłóca sieć krystaliczna, natomiast zakłócają go defekty struktury (zanieczyszczenia) i drgania termiczne sieci.
W półprzewodnikach przewodnictwo jest wynikiem ruchu (pod wpływem pola elektrycznego) elektronów w paśmie przewodnictwa i pustych stanów zwanych dziurami w paśmie walencyjnym.
Dziura zachowuje się tak, jakby była elektronem o ładunku dodatnim. Elektrony i dziury określa się łączną nazwą nośników ładunku w półprzewodnikach. Nośniki tego rodzaju, który przeważa w pewnym materiale lub jego części są nazywane nośnikami większościowymi, a nośniki rodzaju o mniejszej koncentracji - nośnikami mniejszościowymi.
W półprzewodniku samoistnym koncentracja nośników ładunku jest charakterystyczna dla samego materiału. Elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa z pasma walencyjnego w wyniku wzburzeń termicznych, przy czym każdy elektron, który wykona taki przeskok pozostawia po sobie dziurę w paśmie walencyjnym. A zatem w półprzewodniku samoistnym nośniki ładunku dzielą się równo na elektrony i dziury. W półprzewodniku domieszkowym typ przewodnictwa, który przeważa zależy od liczby i wartościowości wprowadzonych atomów domieszki.
Atomy germanu i krzemu mają wartościowość równą cztery. Jeśli do sieci wprowadzimy atomy o wartościowości pięć, jak arsen, antymon lub fosfor to elektrony nadmiarowe (czyli elektrony, które nie tworzą par z czterema elektronami walencyjnymi germanu lub krzemu, po jednym ba każdy atom domieszki) dołączają do elektronów przewodnictwa. Zatem półprzewodnik z 14 grupy układu okresowego domieszkowane atomami o wartościowości pięć tworzą kryształy, w których nośnikami większościowymi ładunku są elektrony, czyli powstają tzw. półprzewodniki typu n. Podobnie, jeśli atomy domieszki mają wartościowość trzy, jak bar, glin, ind lub gal to niewysycone wiązanie powoduje powstanie dziury (jednej na każdy atom). Nośnikami większościowymi są dziury, czyli mamy półprzewodnik typu p.
Różnice między półprzewodnikami samoistnymi i domieszkowymi.
Pod nazwą półprzewodnika samoistnego rozumie się kryształ idealny o wiązaniach kowalencyjnych, nie zawierający żadnych domieszek ani zakłóceń sieci krystalicznej. Półprzewodniki samoistne w temperaturze zera bezwzględnego zupełnie nie przewodzą elektryczności.
Półprzewodnik domieszkowy różni się od samoistnego tym, że występują w nim centra domieszkowe, tzw. defekty punktowe.
Centra domieszkowe mogą być kilku typów charakteryzujących się:
występowaniem obcych atomów,
odstępstwami od składu stechiometrycznego ( pewnych atomów może być więcej, innych mniej)
pustymi węzłami w sieci krystalicznej
dodatkowymi atomami lub jonami w obszarach międzywęzłowych.
Właściwości półprzewodników domieszkowych zależą w bardzo dużym stopniu od rodzaju i liczby atomów domieszek wprowadzonych do kryształów półprzewodnikowych. Wpływ domieszek zaznacza się już przy bardzo małych ich ilościach, rzędu 1 atom domieszki na 107÷108 atomów półprzewodnika.