Akceptor (fyzika)

Akceptor - ve fyzice pevných látek (také polovodiče ) nečistota v krystalové mřížce , která dává krystalu vodivost typu díry, ve které jsou díry nosiče náboje . Termín dává smysl pro kovalentní typ vazeb v krystalu.

Akceptory jsou nabité na jedno a více nabití . Například v krystalech prvků skupiny IV Periodické tabulky prvků ( křemík , germanium ) jsou prvky skupiny III ( bor , hliník , indium , gallium ) akceptory s jednoduchým nábojem. Protože prvky třetí skupiny mají valenci 3, pak tři elektrony jeho vnějšího elektronového obalu tvoří chemickou vazbu se třemi sousedními atomy, například křemíkem v kubické mřížce, a není dostatek elektronu k vytvoření čtvrté vazby. . Při nenulové teplotě však s určitou pravděpodobností čtvrtá vazba vzniká záchytem chybějícího 4. elektronu z atomu křemíku. V tomto případě atom křemíku, zbavený 4. elektronu, získává kladný náboj. Energie elektronu zachyceného akceptorem je o několik eV vyšší než energie vrcholu valenčního pásma . Díky tepelnému pohybu elektronů může být díra vyplněna elektronem odebraným ze sousedního atomu křemíku, přičemž získá kladný náboj - díra se přesune k tomuto atomu křemíku. Můžeme tedy předpokládat, že nosiče náboje pohybují kladně nabité díry. Když je aplikováno elektrické pole, otvory se začnou pohybovat uspořádaným způsobem směrem ke katodě. Přirozeně, skutečnými nosiči náboje jsou stále elektrony.

K odhadu vazebné energie děr na akceptorech se často používá model vodíkového centra , ve kterém se vazebná energie zjistí z řešení Schrödingerovy rovnice pro atom vodíku , přičemž se bere v úvahu skutečnost, že díra v krystal je kvazičástice , jejíž efektivní hmotnost se liší od hmotnosti volného elektronu a také to, že se díra nepohybuje ve vakuu, ale v prostředí s určitou permitivitou . Takové akceptory se nazývají mělké a tvoří řadu hladin podobných vodíku s energiemi, které lze odhadnout ze vzorce

E_{a}=E_{V}+R{\frac {m_{h}^{*}}{m_{0}\varepsilon ^{2}}}{\frac {1}{n^{ 2}}}

kde je energie hladiny akceptoru, je energie vrcholu valenčního pásma, je efektivní hmotnost díry, je hmotnost volného elektronu, je permitivita polovodiče, je Rydbergova konstanta , je kvantové číslo, které nabývá hodnoty od 1 do nekonečna (avšak pouze stavy s malými čísly ). $E_{a}$ $E_{V}$ $m_{h}^{*}$ ${\displaystyle m_{0))$ $\varepsilon$ $R$ $n$ $n$

Důkladnější výpočet energie základních a excitovaných stavů akceptorových hladin vyžaduje zohlednění místního potenciálu nečistot a také přítomnost několika větví zákona rozptylu děr (lehké a těžké díry) v mnoha polovodičích. Akceptory, jejichž vazebná energie je blízká energii odhadované z modelu podobného vodíku, se nazývají mělké akceptory.

Typicky jsou efektivní hmotnosti děr malé ve srovnání s hmotností volného elektronu. Kromě toho mají polovodiče poměrně velké dielektrické permitivity (řádově 10), takže energie akceptoru je asi 100–1000krát menší než energie elektronu v atomu vodíku. Právě kvůli těmto vlastnostem jsou hladiny akceptorů v mnoha polovodičích ionizovány již při pokojové teplotě. Vzhledem k této skutečnosti se vlnové funkce hladin mělkých akceptorů rozšiřují přes mnoho období krystalové mřížky s poloměrem mnohem větším než Bohrův poloměr .

Polovodič	Přijímač	${\displaystyle E_{a}-E_{V))$ ( meV )
GaAs	C	26
	Být	28
	mg	28
	Si	35
Si	B	45
	Al	67
	Ga	72
	v	160
Ge	B	deset
	Al	deset
	Ga	jedenáct
	v	jedenáct

Viz také

Dárce (fyzika)

Odkazy

Literatura

Anselm AI Úvod do teorie polovodičů. - 2. vyd., dodat. a revidováno .. - M . : Nauka, 1978. - 615 s.