У чистих або власних напівпровідників концентрація електронів і дірок однакова. Електропровідність власного (бездомішкового) напівпровідника дуже низька.
У більшості електронних приладів застосовуються напівпровідники, що володіють так званої примесной провідності. Щоб перетворити власний напівпровідник в домішковий, необхідно ввести в його кристалічну решітку кілька спеціально підібраною хімічної добавки, тобто здійснити легування напівпровідника.
Домішки створюють ряд енергетичних рівнів в забороненій зоні. В результаті ймовірність утворення електронно-доручених пар при температурі збудження виявляється значно вищою, ніж у власному напівпровіднику.
У таких напівпровідниках електрична провідність здійснюється в основному за рахунок носіїв зарядів одного знака - електронів або дірок. Щоб забезпечити електронну або дірковий провідність, досить, як правило, ввести один атом відповідної домішки на атомів власного напівпровідника. Атоми домішки в кристалічній решітці германію або кремнію (4 група таблиці Менделєєва) зазвичай заміняють частина основних атомів у вузлах решітки. Результати такого заміщення залежать від матеріалу домішки.
Існують легирующие домішки двох видів: донори - п'ятивалентні елементи, такі як P, As, Sb (донор - дає, жертвує). Концентрацію донорів будемо позначати Nd. Акцептори - тривалентні елементи, такі як B, Al, In, Ga (акцептор - приймає, бере). Концентрацію акцепторів будемо позначати Na. На підставі цього розрізняють напівпровідники n-типу і p-типу.
Для отримання напівпровідника n-типу в кристал 4-х валентного кремнію вводять домішка донора (валентність - 5).
При цьому чотири валентних електрони домішки утворюють зв'язку з чотирма сусідніми атомами кремнію. П'ятий електрон домішки не бере участі в утворенні ковалентних зв'язків, легко може бути відірваний від свого атома і стати вільним. При кімнатній температурі практично всі електрони домішки, що не утворюють ковалентних зв'язків з атомами кремнію стають вільними і беруть участь в електричної провідності. Атом домішки, що втратив один електрон, стає нерухомим позитивним іоном.
Вільні електрони домішки додаються до вільних електронах напівпровідника, викликаним термогенерации, тому електропровідність напівпровідника стає переважно електронною.
У цих умовах електрони є основними носіями заряду, тому що n >> p, а дірки - неосновними носіями.
Приклад: в 1 (≈ 2 г) кремнію - 4,99 * атомів. Власна концентрація ni = pi - 2 * носить /. При введенні в кремній 2 * атомів фосфору (всі іонізовані), провідність буде складатися з суми електронів (2 * + 2 * ≈2 *), що збільшить провідність кремнію після легування в раз (100 тис. Разів). При цьому 2 * атомів фосфору, складають 0,5 * атомів кремнію, а значить 0,5 * 2 * г, що становить 1 * г = 0,1 * г = 0,1мкг P (на 2 г Si) або 50мкг P на 1 кг Si.
Для отримання напівпровідника p-типу в кристал 4-х валентного кремнію вводять домішка акцептора (валентність 3).
При цьому три валентних електрони домішки утворюють ковалентні зв'язки з трьома з чотирьох сусідніх атомів кремнію. Одна з ковалентних зв'язків залишається незавершеною, утворюючи вакантне енергетичний стан. Атому домішки для заповнення вакансії потрібен додатковий електрон для освіти міцної восьміелектронной оболонки. Цей електрон відбирається від одного будь-якого атома кремнію. Атом домішки, який відібрав електрон з ковалентного зв'язку решітки напівпровідника, стає нерухомим негативним іоном. На тому місці в основний решітці, звідки до атому домішки прийшов електрон, утворюється дірка. Вона додається до власних діркам напівпровідника, викликаним термогенерации, тому провідність напівпровідника стає переважно доречний.
У цих умовах дірки є основними носіями заряду, тому що p >> n, а електрони - неосновними носіями.
Для напівпровідника n-типу справедливо наступне нерівність:
Nn >> Pn, де N - концентрація електронів в напівпровіднику n-типу;
P - концентрація дірок в напівпровіднику n-типу
А для напівпровідника p-типу:
Pp >> Np, де P - концентрація дірок в напівпровіднику р-типу;
N - концентрація електронів в напівпровіднику р-типу.
Донорні домішки утворюють домішкові рівні Wд, розташовані в забороненій зоні поблизу зони провідності; акцепторні домішки утворюють домішкові рівні. розташовані в забороненій зоні поблизу валентної зони. Рівень фермі в домішкових напівпровідниках розташовується між рівнем Wд і дном зони провідності Wп, або між рівнем і стелею валентної зони Wв (див. Малюнок).
