7. Электрический ток в полупроводниках.

Собственная И ПРИМЕСНАЯ проводимость.

Между металлами, у которых удельное сопротивление составляет от 10^-6 до 10^-8 , и изоляторами с удельным сопротивлением от 10⁸ до 10¹³ находятся так называемые полупроводники.

Типичными представителями полупроводников являются германий, кремний, селен. Эти вещества имеют атомную кристаллическую решётку. В химически чистых кристаллах валентные электроны находятся на связях и свободные носители зарядов отсутствуют. Кристалл является изолятором.

П ри нагреве кристалла, под действием света, электроны могут оторваться от атомов и стать свободными. Освободившееся место имеет положительный заряд и ведёт, себя как свободная частица она называется дыркой. Таким образом, под действием внешних условий в полупроводнике возникают свободные заряды: электроны и дырки. Чистый полупроводник обладает электронно-дырочной проводимостью, такая проводимость называется собственной. Носители заряда электроны и дырки. Полная сила электрического тока равна сумме токов электронов и дырок:

причем

Закон Ома для полупроводников

Запишем закон Ома . Однако следует учесть, что сопротивление полупроводников при увеличении температуры уменьшается за счёт увеличения концентрации электронов и дырок, что сближает их с электролитами, оно также зависит от освещённости, напряжения и других факторов. Зависимость силы тока от напряжения (вольт-амперная характеристика) будет являться нелинейной.

Примесная проводимость

Если в германий добавить немного пятивалентного мышьяка (легировать), то четыре электрона атома мышьяка встроятся в кристаллическую решётку германия, а пятый станет свободным. Резко возрастет концентрация свободных электронов. Такая примесь называется донорной, а полупроводник n-типа, основные носители тока электроны. Общая сила электрического тока причем

Если кристалл германия легировать индием (часть атомов германия заменить атомами мышьяка), то трёхвалентный индий дает превосходство дырок над свободными электронами, ведь одного электрона у него не хватает для связи и там образуется дырка. Такая примесь называется акцепторной, полупроводник р-типа. Основные носители тока - дырки. Сила электрического тока причем

В аристоры. Нелинейные полупроводниковые резисторы из карбида кремния, сопротивление которых с увеличением приложенного напряжения уменьшается, называют варисторами. Варисторы применяются для стабилизации напряжения в цепях постоянного и переменного тока.

Т ерморезисторы. Полупроводниковые резисторы, сопротивление которых зависит от температуры, называют терморезисторами. Терморезисторы изготовляют из смеси ок­сидов кобальта, меди и марганца. Температурный коэффициент терморезисторов отрица­тельный. С повышением температуры их сопротивление уменьшается. Выпускаются также позисторы – терморезисторы с положительным ТКС, изготовляемые на основе ти­таната бария. Терморезисторы используют в качестве чувстви­тельных датчиков при измерении температуры различных сред, для температурной компенсации в измерительных приборах, в устройствах автоматического поддержания температуры, в при­борах автоматики и телемеханики. Позисторы – в термостатах кварцевых резонаторах.

Ф оторезисторы. Полупроводниковые приборы, сопро­тивление которых при воздействии све­тового облучения уменьшается из-за внутреннего фотоэффекта, называют фоторезисторами. Фоторезисторы изготовляют из сернистых се­ленистых кадмия и свинца. Фоторезисторы используют в каче­стве датчиков освещённости, положения и перемещения.

Вопросы:

1. Какие вещества называются полупроводниками?

2. Назовите типичных представителей полупроводников.

3. Назовите носители тока в полупроводнике.

4. Какой проводимостью обладают полупроводники?

5. Какая примесь называется донорной?

6. Какая примесь называется акцепторной?

7. Как называется полупроводник с донорной примесью?

8. Назовите основные носители тока полупроводника n-типа.

9. Как называется полупроводник с акцепторной примесью?

10. Назовите основные носители тока полупроводника с акцепторной примесью.

11. Какого типа полупроводник с акцепторной примесью?

12. Что такое варисторы?

13. Для чего применяются варисторы?

14. Что такое терморезисторы?

15. Где применяются терморезисторы?

16. Какие устройства называются фоторезисторы?

17. Где применяются фоторезисторы?