Полупроводники

К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры.

Главное отличие полупроводников от металлов проявляется в зависимости удельного сопротивления от температуры. С понижением

температуры сопротивление металлов падает, а у полупроводников – возрастает, и вблизи абсолютного нуля они практически становятся изоляторами.

Рассмотрим качественно механизм возникновения электрического тока в полупроводнике на примере кремния (Si).

Атомы кремния имеют четыре валентных электрона на внешней оболочке. В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. Связь между атомами в кристалле кремния является ковалентной. Парноэлектронные связи сильны и при низких температурах не разрываются, поэтому при низких температурах кремний не проводит электрический ток, то есть ведет себя как диэлектрик.

При повышении температуры некоторая часть ковалентных связей разрывается. В кристалле возникают свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты

электронами. Эти вакансии получили название «дырок».Дырки ведут себя как свободные частицы с массой, равной массе электрона, и зарядом + e.

У чистых (т. е. без примесей) полупроводников в создание электрического тока вносит вклад в равной мере электроны проводимости и дырки. Такая проводимость называется собственной электрической проводимостью полупроводников.

С увеличением температуры концентрация свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому удельное сопротивление уменьшается. При высоких температурах полупроводники по свойствам близки к металлам.

Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.

Электронная проводимость возникает, когда в кристалл кремния с четырехвалентными атомами введены пятивалентные атомы (например, атомы мышьяка, As). В таком кристалле есть электроны и дырки, ответственные за собственную проводимость кристалла. Но основным типом носителей свободного заряда являются электроны, оторвавшиеся от атомов мышьяка. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником n -типа. Примесь атомов, способных отдавать электроны, называется донорной примесью.

Дырочная проводимость возникает, когда в кристалл кремния введены трехвалентные атомы (например, атомы индия, In). Примесь атомов, способных захватывать электроны, называется акцепторной примесью. В результате введения акцепторнойпримеси в кристалле разрывается множество ковалентных связей и образуются вакантные места (дырки).

Основными носителями свободного заряда являются дырки. Проводимость такого типа называется дырочной проводимостью. Примесный полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником p-типа.

Применение полупроводников в технике-

полупроводниковый диод – устройство, обладающее односторонней проводимостью.

Поиск по сайту: