В чистом, беспримесном полупроводнике число свободных электронов и число дырок одинаково. Однако для полупроводника n-типа и p-типа нужны полупроводниковые материалы с разными типами проводимости – только с электронной или только с дырочной. Это значит, что у одних материалов число свободных электронов должно во много раз превышать число дырок, чтобы в этих полупроводниках возникал электронный ток. А у других материалов, наоборот, дырок должно быть намного больше, чем свободных электронов, и ток в них должен создаваться только дырками. При этом общий заряд куска германия или кремния должен быть равен нулю.
Это можно сделать, добавляя в чистый полупроводник определенные примеси.
Например, если в чистый германий или кремний во время его плавки добавить атом мышьяка, То большой атом мышьяка не может находиться где‑то в межатомном пространстве, и поэтому при затвердевании расплава он займет место в кристаллической решетке наравне с атомами самого германия или кремния. Но у мышьяка на внешней орбите не четыре электрона, а пять. И этот пятый электрон никак не сможет найти себе места в четкой системе межатомных связей – ведь каждый атом, который входит в решетку алмазного типа, может отдать соседям только четыре электрона. И поэтому пятый электрон уйдет с орбиты в дальние странствия, а сам атом мышьяка превратится в положительный ион.
Обратите внимание – мы не называем этот ион дыркой.
Вцепившись своими четырьмя электронами в соседей, атом мышьяка не сможет ни взять электрон со стороны, ни отдать его. Этот положительный ион – атом мышьяка – будет неподвижно стоять на месте, не участвуя в создании электрического тока. Поэтому, добавляя в германий или кремний атомы с пятью электронами на внешней орбите, мы создаем в этих полупроводниках дополнительную электронную проводимость, не увеличивая дырочной проводимости и не нарушая общего электрического равновесия кристалла.
Примеси, которые увеличивают электронную проводимость полупроводника, называются донорными примесями.
Обратный результат можно получить, если добавить в чистый германий или кремний атомы с тремя электронами на внешней орбите; например, атомы лития. Такой атом поместит к себе на орбиту чужой электрон, взятый у нейтрального атома германия или кремния. А поскольку четвертый электрон будет для лития лишним, то атом лития превратится в неподвижный отрицательный ион. Сам же атом германия или кремния, отдавший электрон пришельцу, станет дыркой.
Следовательно, добавляя в германий или кремний атомы с тремя электронами на внешней орбите, мы создаем в этих полупроводниках дополнительную дырочную проводимость, не увеличивая электронной проводимости, не нарушая общего электрического равновесия.
Примеси, которые увеличивают дырочную проводимость полупроводника, называются акцепторными примесями. Слово «акцептор» означает «отбирающий» и говорит о том, что примесь как бы отбирает у полупроводника свободные электроны и основным типом свободных зарядов становятся дырки.