ПОЛУПРОВОДНИКИ

ПОЛУПРОВОДНИКИ – вещества, обладающие промежуточной проводимостью между проводниками и диэлектриками.
К ним относятся: кремний, германий, селен, окислы металлов и др.
Являются основой для построения широкого класса полупроводниковых приборов, составляющих основу современной радиоэлектроники.
Удельное объемное электрическое сопротивление полупроводников – 10-5...10-7 Ом x м.
Для них характерна большая зависимость проводимости от температуры, электрического поля, освещенности, механического давления и других внешних факторов.
В отличие от проводников они имеют не только электронную, но и дырочную проводимость.
При температуре, близкой к абсолютному нулю, и отсутствии примесей все валентные электроны атома в кристалле германия взаимно связаны, свободных электронов нет, и кристалл не обладает проводимостью.
При повышении температуры или при облучении энергия части электронов увеличивается, что приводит к частичному нарушению ковалентных связей и появлению свободных электронов.
Германий уже при комнатной температуре становится полупроводником.
Под действием внешнего электрического поля свободные электроны перемещаются, обусловливая электронную проводимость (n-проводимость).
В момент образования свободного электрона в ковалентных связях возникает свободное (вакантное) место – электронная дырка.
В это время какой-либо электрон соседней связи может занять место дырки; нормальная связь в этом месте восстановится, но нарушится там, откуда прибыл этот электрон. Эту новую дырку может занять следующий электрон и т.д.
Под действием внешнего электрического поля происходит перемещение дырок в направлении поля (обратном перемещению электронов).
Перемещение дырок эквивалентно перемещению положительных зарядов.
Этот процесс называется дырочной проводимостью (p-проводимостью).
Если при электронной проводимости один свободный электрон проходит весь путь в кристалле, то при дырочной большое количество электронов поочередно замещают друг друга в связях (происходит как бы эстафета электронов, при которой каждый из них проходит свой этап пути).
Таким образом, проводимость проводника складывается из электронной и дырочной.
При нарушении парноэлектронных связей в кристалле одновременно возникает одинаковое число свободных электронов и дырок.
Если с повышением температуры образуются пары электрон – дырка, то с понижением – происходит их рекомбинация.
При заданной температуре число пар в единице объема полупроводника в среднем остается постоянным.
Электропроводность полупроводника при отсутствии в нем примесей называется собственной электропроводностью.
Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент сопротивления, который по абсолютной величине в 10...20 раз больше, чем у металлов.
Это свойство используется для изготовления терморезисторов.
Свойства полупроводника можно изменить, внося в него незначительное количество примеси. Вводя в кристалл полупроводника атомы других элементов, можно получить в нем преобладание количества свободных электронов над дырками, или наоборот.
Например, при внесении в основное вещество примесей путем замещения в кристаллической решетке атома германия атомом мышьяка, имеющим пять валентных электронов, четыре атома мышьяка образуют заполненные связи с соседними атомами германия, а пятый электрон, слабо связанный с атомом мышьяка, превратится в свободный.
Таким образом, примесь мышьяка увеличивает электронную проводимость.
При замещении атома германия атомом индия, имеющим три валентных электрона, они вступают в ковалентную связь с тремя атомами германия, а связь с четвертым – будет отсутствовать, так как у индия нет четвертого электрона.
Восстановление всех связей возможно, если недостающий четвертый электрон будет получен от ближайшего атома германия.
Но в этом случае образуется дырка и создается движение дырок в полупроводнике.
Таким образом, примесь индия повышает дырочную проводимость полупроводника.
Полупроводники с преобладанием электронной проводимости называются полупроводниковыми типа n (от латинского слова negative – отрицательный), а с преобладанием дырочной проводимости – типа p (от латинского positive – положительный).
Носители заряда, определяющие собой вид проводимости в примесном полупроводнике, являются основными (электроны в n-полупроводнике или дырки в p-полупроводнике), а носители заряда противоположного знака – не основными.
Примеси, вызывающие преобладание электронной проводимости (валентных электронов больше, чем у атома данного полупроводника) называются донорными, а преобладание дырочной проводимости (с меньшим числом валентных электронов в атоме по сравнению с атомом данного полупроводника) – акцепторными. В зависимости от процентного содержания примеси проводимость полупроводника возрастает по сравнению с собственной примесью полупроводника в десятки и сотни тысяч раз.
Словарь Бензаря






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.