1. Классификация носителей заряда в полупроводниках: подвижные – неподвижные, положительные – отрицательные, основные – неосновные – собственные. Обозначение концентрации каждого вида носителей. 2. Объяснить существование свободного положительного заряда в полупроводниках и раскрыть механизм его передвижения на плоскостной модели кристаллической решетки. 3. Объяснить преобладание дырочной проводимости в примесных полупроводниках p‑типа с применением плоскостной модели кристаллической решетки и энергетической диаграммы полупроводника. Обозначения концентраций: примесей, основных и неосновных носителей, собственных носителей. Соотношения этих концентраций. 4. Анализ равновесного состояния p‑n‑перехода: распределение равновесных концентраций носителей заряда в структуре перехода, потенциальная диаграмма, потенциальный барьер, ширина обеднённой зоны, сравнительная электропроводность области объёмного заряда и нейтральных областей.

1. Классификация носителей заряда в полупроводниках: подвижные – неподвижные, положительные – отрицательные, основные – неосновные – собственные. Обозначение концентрации каждого вида носителей.

В полупроводниках существуют два типа носителей заряда: электроны (отрицательные носители) и дырки (положительные носители).

- Подвижные носители заряда в полупроводниковом материале могут свободно передвигаться по кристаллической решетке.
- Неподвижные носители заряда находятся на фиксированных местах в кристаллической решетке и не могут передвигаться.

В зависимости от примесей, добавленных в полупроводник, могут появляться также основные, неосновные и собственные носители заряда.
- Основные носители заряда создаются атомами примеси и отличаются от носителей заряда в собственном полупроводнике. Обозначаются буквой N.
- Неосновные носители заряда также создаются атомами примеси, но имеют другие свойства и обозначаются буквой R.
- Собственные носители заряда существуют в чистом полупроводнике без примесей и связаны с электронами и дырками, сформированными внутри материала. Обозначаются буквой ni.

2. Объяснение существования свободного положительного заряда в полупроводниках и механизм его передвижения на плоскостной модели кристаллической решетки.

Свободный положительный заряд, или дырка, возникает в полупроводнике в результате экспоненциального повышения энергии электрона. Этот процесс называется допированием.

Кристаллическая решетка полупроводника состоит из атомов, которые могут иметь лишний электрон или недостающий электрон для полной валентной оболочки. Эти электроны имеют возможность передвигаться внутри решетки и образовывать свободные носители заряда. Когда электрон передвигается, возникает отсутствие электрона в валентной оболочке атома, что эквивалентно наличию свободного положительного заряда – дырки. Дырка может передвигаться вниз по энергетической лестнице решетки.

Этот механизм движения дырок носит название "диффузия дырок". Дырка перемещается по решетке, привлекая электроны, чтобы заполнить пустое место. Результатом является движение положительного заряда в полупроводнике.

3. Объяснение преобладания дырочной проводимости в примесных полупроводниках p‑типа с использованием плоскостной модели кристаллической решетки и энергетической диаграммы полупроводника. Обозначения концентраций: примесей, основных и неосновных носителей, собственных носителей. Соотношения этих концентраций.

При добавлении примеси, имеющей один электрон больше, чем полупроводник, образуется полупроводник типа p.

При использовании плоскостной модели кристаллической решетки и энергетической диаграммы полупроводника можно объяснить преобладание дырочной проводимости в p-типе полупроводника.

В полупроводнике p‑типа следующие процессы происходят на энергетической диаграмме:
- Примесная нижняя энергетическая зона с более высокой энергией (акцепторная зона) пересекает валентную зону, создавая энергетический уровень, близкий к неосновной подвижной зоне (R).
- В области примеси могут быть формированы дырки, которые будут двигаться вниз по энергетической лестнице, что приводит к образованию положительных зарядов.
- Преобладающие концентрации в p‑типе включают концентрации примесей (N), основных носителей (P), неосновных носителей (R) и собственных носителей (ni) в полупроводнике.
- Соотношение концентраций: P > N > R, так как примесная концентрация меньше основной концентрации, а основная концентрация меньше неосновной концентрации.

4. Анализ равновесного состояния p‑n‑перехода: распределение равновесных концентраций носителей заряда в структуре перехода, потенциальная диаграмма, потенциальный барьер, ширина обеднённой зоны, сравнительная электропроводность области объёмного заряда и нейтральных областей.

p‑n‑переход представляет собой границу между полупроводниками типа p и n.

- В области p-типа концентрация дырок является преобладающей, а концентрация электронов – низкой.
- В области n-типа концентрация электронов является преобладающей, а концентрация дырок – низкой.
- Распределение равновесных концентраций носителей заряда в переходе создает потенциальный барьер между областями p и n.
- Этот потенциальный барьер создает ширину обеднённой зоны, где нет ни дырок, ни электронов.
- Области объёмного заряда, где преобладает один тип носителей заряда, имеют высокую электропроводность, поскольку есть свободные носители.
- Нейтральные области с обеднённой зоной имеют низкую электропроводность, поскольку нет свободных носителей в зоне.

Общая идея заключается в создании перехода, в котором электроны из области n могут диффундировать в область p и заполнять дырки, создавая электрический ток.