Строеж на полупроводници
Електричните свойства на полупроводниците се определят от техния строеж. С най-голямо приложение в полупроводниковата електроника е силицият (Si). В кристала всеки атом има четири симетрично разположени най-близки съседи . Химичната връзка между атомите е ковалентна, т.е. осъществява се чрез групиране на валентните електрони (четири за всеки атом Si) в електронни двойки . В идеален кристал Si при температура Т = 0 К всички електрони са свързани в електронни двойки, няма свободни заряди и той се проявява като диелектрик. За да се освободи, даден електрон трябва да получи определена енергия. Тя е необходима за разкъсване на ковалентната връзка, в която участва. Електронът може да получи такава енергия в резултат на взаимодействието между частиците при топлинното им движение (т.е. при Т > 0 К) или при осветяване на кристала.
Свободни електрони и дупки
Всяко освобождаване на електрон е свързано с възникване на едно вакантно място (незает, свободна връзка). Около вакантното място остава не компенсиран положителен заряд на ядрото. Този заряд може да привлече електрон от съседен атом и връзката да се запълни. Но така възниква ново вакантно място в съседния атом, в което може да премине електрон от друг атом и т.н. по такъв начин вакантното място извършва хаотично движение в кристала подобно на хаотичното топлинно движение на свободните електрони.
При прилагане на електрично поле свободните електрони, подобно на свободните електрони в металите, започват насочени движения – протича ток. Електричното поле действа и на електроните от ковалентните връзки и улеснява прескачането им във вакантните места в посока, противоположна на посоката на интензитета Е на полето. Поради това самите места се преместват по посока на интензитета Е. Вместо реалното движение на свързаните електрони обаче е по-удобно да се разглежда движението на вакантните места, тъй като техният брой е много по-малък. То е равносилно на движението на положителен заряд с големина, равна на големината на заряда на електрона, в посока на полето. Този фиктивен положителен заряд се нарича р-носител или дупка.
И така, в полупроводниците електропроводимостта се осъществява от два типа токови носители: свободни електрони наречени още n-носители (от negative – отрицателен), и от дупки или р-носител ( от positive – положителен). В електрично поле електроните и дупките се движат насочено в противоположни посоки, но създадените от тях токове ln и lp имат една и съща посока – посоката на интензитета Е на полето. Затова пълния ток l през полупроводника е сума от токовете, обусловени от насоченото движение на електроните и дупките l = ln + lp.
В чистите полупроводници свободни електрони и дупки възникват само при разкъсване на връзките между техните атоми: на всеки свободен електрон съответства една дупка. Такива полупроводници се наричат полупроводници със собствена проводимост.
Донори
Нека в силициев кристал атом от V група, например атом на фосфора Р, замества атом на силиция Si. Фосфора има пет валентни електрона, четири от които образуват общи електронни двойки със съседните силициеви атоми. Петият електрон не участва в ковалентни връзки, тъй като те са запълнени. Той се оказва много слабо свързан с атома на фосфора. За преминаването му от свързано в свободно състояние е необходима много по-малка енергия, отколкото за разкъсване на някоя от ковалентните връзки. Затова при стайна температура енергията на топлинно движение е достатъчно за голяма част от примесните атоми да загубят своите „излишни” електрони и да се превърнат в положително заредени йони Р+ . Примесни атоми, които отдават електрони, се наричат донори. Получените от донорите свободни електрони са много повече от електроните и дупките, получени при разкъсването на ковалентните връзки. Затова електричният ток се обуславя предимно от насоченото движение на свободните електрони. Полупроводници, в които проводимостта се определя от получените от донорите свободни електрони, се наричат полупроводници с електронна (n–тип) проводимост или за по-кратко полупроводници по n–тип.
Акцептори
Да разгледаме сега силициев кристал, в който атом на бора В (от ІІІ група) замества атом на силиция Si. Борът има три валентни електрона, поради което една от ковалентните връзки със съседните връзки остава свободна. За запълване на тази връзка там трябва да премине електрон от някой друг силициев атом. Енергията, необходима на електрона за преминаване от връзка Si = Si към връзка B = Si, е много по-малка от енергията за разкъсване на ковалентни връзки. Ето защо такива примесни атоми лесно приемат електрони, поради което се наричат акцептори. След приемането на електрон акцепторът се превръща в отрицателен йон, а свободната връзка се намира между два атома на Si, където се появява не компенсиран положителен заряд – свободен p–носител (дупка). Полупроводниците, в които проводимостта се определя от създадените от акцепторите дупки, се наричат полупроводници с p–тип проводимост или за по-кратко полупроводници от p–тип.
