ОМИКРОН ОМИКРОН ОМИКРОН
Система Orphus

36. Полупроводники

Свое название полупроводники получили оттого, что они занимают промежуточное место между проводниками (металлы, электролиты, уголь), обладающими большой электропроводимостью, и изоляторами (фарфор, слюда, резина и др.), которые почти не проводят электрического тока.

Если сравнить удельное объемное сопротивление в ом-см для различных веществ, то окажется, что проводники имеют: U= = 10-6 - 10-6 ом-см; полупроводники U = 10-3 — 10-8 ом-см: Диэлектрики U = 108—1020 ом-см. К полупроводникам относятся: окислы металлов — оксиды (Аl2О3, Cu2O, ZnO, TiO2, VO2, WO2, МоО3); сернистые соединения — сульфиды (Cu2S, Ag2S, ZnS, CdS, HgS); соединения с селеном — селениды; соединения с теллуром — теллуриды; некоторые сплавы (MgSb2, ZnSb, Mg2Sn, CdSb, AlSb, lnSb, ClSb); химические элементы — германий, кремний, теллур, селей, бор, углерод, сера, фосфор, мышьяк, а также большое число сложных соединений (гален, карборунд и др.).

 

Полное и широкое исследование свойств полупроводников выполнено советским ученым А. Ф. Иоффе и его сотрудниками.

Электрические свойства полупроводников резко отличаются от свойств проводников и изоляторов. Электропроводимость полупроводников в сильной степени зависит от температуры, освещенности, наличия и интенсивности электрического поля, количества примесей. При обычной температуре в полупроводниках есть некоторое количество свободных электронов, образовавшихся вследствие разрыва электронных связей. У полупроводников различают два вида проводимости: электронную и дырочную. Электронная проводимость осуществляется свободными электронами, а дырочная — передвижением связей, лишенных электронов.

Рассмотрим следующий опыт. Возьмем металлический проводник и будем нагревать один его конец, тогда нагретый конец проводника получит положительный заряд, а холодный конец — отрицательный заряд. Это объясняется перемещением электронов от горячего конца к холодному, в результате чего на горячем конце проводника получается недостаток электронов (положительный заряд), а на холодном конце избыток электронов (отрицательный заряд). Кратковременное протекание тока по проводнику было вызвано перемещением электронов с одного края проводника на другой. Таким образом, здесь речь идет о проводнике с электронной проводимостью. Однако существуют вещества, которые при подобном опыте ведут себя иначе: нагретый край такого вещества получает отрицательный заряд, а холодный край — положительный заряд. Это возможно, если предположить, что перенос тока осуществляется положительными зарядами.

Познакомимся с другим видом проводимости у полупроводников—дырочной проводимостью. В чистых полупроводниках все электроны, слабо связанные с ядрами, участвуют в электронных связях. На фиг 47, а условно показана заполненная связь между двумя атомами вещества. «Дыркой» называется элемент кристаллической решетки вещества, потерявший электрон, что соответствует появлению положительного заряда (фиг. 47, б).

Освободившаяся связь может вновь оказаться заполненной, если «дырка» захватит электрон из соседней связи (фиг. 47, в). Это вызовет переход «дырки» на новое место. В веществе полупроводника, находящегося в нормальных условиях, направление вылета электронов и место образования «дырки» носят хаотический характер. Если к чистому полупроводнику приложить постоянное напряжение, то электроны и «дырки» будут перемещаться (первые против направления сил поля, вторые в противоположном направлении). Если число образующихся «дырок» будет равно числу освободившихся электронов, то, как это бывает у чистых полупроводников, проводимость полупроводников невелика (собственная проводимость). Наличие даже небольшого количества посторонних примесей может изменить механизм электропроводимости: сделать его электронным или дырочным. Рассмотрим конкретный пример. В качестве полупроводника возьмем германий (Ge). В кристалле германия каждый атом связан с четырьмя другими атомами. При увеличении температуры или в результате облучения парные связи кристалла германия могут быть нарушены. При этом образуется равное количество свободных электронов и «дырок» (фиг. 48).

Добавим к германию в качестве примеси мышьяк. Такая примесь обладает большим числом слабосвязаиных электронов. Атомы примеси имеют свой энергетический уровень, располагающийся между энергетическими уровнями свободной и заполненной зон, ближе к последней (фиг. 49). Подобные примеси отдают свои электроны в свободную зону и называются до-норными примесями. В полупроводнике окажется наличие свободных электронов, в то время как все связи будут заполнены. Полупроводник будет обладать электронной проводимостью в свободной зоне.

Если теперь в качестве примеси к германию добавить не мышьяк, а индий, то произойдет следующее. Такая примесь обладает малым числом слабо связанных электронов, а энергетический уровень примеси располагается между энергетическими уровнями свободной и заполненной зон, ближе к свободной зоне (фиг. 50). Примеси этого рода принимают в свою зону электроны из соседней заполненной зоны и называются акцепторными примесями. В полупроводнике окажутся незаполненные связи — «дырки» при отсутствии свободных электронов. Полупроводник будет обладать дырочной проводимостью в заполненной зоне.

Теперь станет понятным опыт нагрева полупроводника, когда нагретый конец получал отрицательный заряд, а холодный конец— положительный заряд. Под действием тепла на горячем конце начнут разрушаться связи, возникнут «дырки» и свободные электроны. Если полупроводник содержит примеси, которые будут связывать свободные электроны, образуя при этом отрицательные ионы примеси, то «дырки» начнут переходить к холодному концу, заряжая его положительно, а нагретый конец полупроводника зарядится отрицательно.

Заканчивая рассмотрение полупроводников, делаем следующий вывод.

Добавлением к полупроводнику примесей можно придать ему преобладающую электронную или дырочную проводимость.

Полупроводники с электронной проводимостью называют полупроводниками n-типа (негативные), а с дырочной проводимостью— р-типа (позитивные).

2 Апрель, 2009              12264              ]]>Печать]]>
0 / 0 ( Нет оценки )

Добавить комментарий

Ваше имя

Текст

Контрольный вопрос

Dвa pлюs тpi ? (цифрой)

Вверх страницы