книги из ГПНТБ / Бордовский Г.А. Физика учеб. пособие для студентов фак. естествознания пед. ин-тов

температуре катода

в

iE

іЕ

_ „

анодной цепи протекает

ток,

обуславленный

тер­

моэлектронной эмнеси -

ей . Зависимость термо­

эмиссионного тока

от

напряжения прѳдетявле­

на на рис.6 .2 4 .На

кри­

вой

Іа = ііу) можно

выделить три участка.

При достаточно большом

напряжении наступает

Рис.6 .22

насыщение тока (30*

зи с тем,

что всеэмиттированные катодом

электроны достигают

анода. При меньших значениях V

часть

вылетевших из катода электронов скапли­

вается в пространстве между катодом

и

анодом, образуя

пространственный

заряд

(в виде электронного обдана), который

препятствует попаданию электронов

на

анод. На этом участке ток в цепи изме -

няѳтся пропорционально напряжению в сте­

пени 3 /2 :

Ц

~

V 2

(6 .2 0 )

Зависимость (6 .2 0 )

называется законом

іэнгмюра - Богуславского. Из рис. 6 . 24-

Рис.6 .2 3

видно, что при

V

= 0 ток в'цепи

не

превращается, поскольку эмиттированные

электроны

по выходе из катода обладают некоторой скоростью

и

зоны велика (р и с .6 .2 9 0 ), вещество является диэлектриком,а

при

малом значении

ДЕ - полупроводником (р и с .6 .2 9 в ).

С другой стороны, известно, что абсолютно непроводящих

материалов не

существует. Даже самые хорошие диэлектрики

об -

бодной

зон е, тем выше будет проводимость материала.

Природа

проводимости в

полупроводниках и диэлектриках одна

и та же

,

поэтому четкой

границы между нши не существует. Материалы

с

дЕ <

2 эв условились относить к полупроводникам, а

сдЕ>2 эв -

- к диэлектрикам.

месте ушедщего в свободную зону электрона остается положи

тѳльно заряженная вакансия - дырка (р и с.6 .3 0 ) . На эту вакан

-

сию может перейти соседний электрон,и дыр­

ка пространственно переместится. Итак, пе­

ремещение электрона в валентной зоне

от

-е

=Ес

атома к-атому

эквивалентно движению дырки.

Иными словами,

в полупроводниках

есть два

+1

-Е у

сорта носителей тока: электроны и

Физически переход электрона из

валентной

дырки .

зоны в зону проводимости означает, что

он

Рис.6 .30

покинул атом и стал свободным,

движение

дырки не следует путать с движением подо

-

тадлической решетки,

как правило, неподвижны. Движутся

лишь

электроны, причем их

свободное перемещение считается собст -

ну - движением дырки. Концентрация

электронов в той или иной

- 184

-

Вис.6.31

Рис.6.32

этом случае посредине

запрещенной зоны (р и с .6 .3 2 ). Из этого

Зонная теория позволяет объяснить экс­

периментально наблюдаемое различие темпера­

турных зависимостей электропроводности^ме­

таллов и полупроводников (р и с.6 .3 3 ). В по

-

лупроводниках с увеличением Т растет число

свободных носителей, что сопровождается ро­

стом d . В металлах же концентрация свобод­

ных электронов велика и с ростом температу­

ры она не увеличивается, зато значительно

Вис.6.33

возрастает число

столкновений

электронов

с

решеткой и друг с

другом. Это

приводит

к

I - металл

2 - полупроводник уменьшению эжктропроводности.

6 .5 .Д . Полупроводники

Выше рассматривались чистые беспримесные диэлектрики

и

И

н

ff

ff

ff

ff

6*

Ge

=TGe

Ge

^

и

Ä f

ff

ff

ji

.

Ge :

p w .

Ge rt:

^ G e

=sfln )J?Ge

ff

4S.'

ff

~

;

if

1!

T

и

б е

* 6 e

^ Ge =£ Ge

н

=fc Gert: Ge

ff

ff

ff

ff

ff

Рис.6.34

Рис.6.35

Введение в германий трехвалентной примеси приводит

к

иному эффекту. На рис.6 .3 5 изображен

атом индия,

замещающий в

кристаллической решетке атом германия. Для

образования нор

-

мальной связи атому

индия недостает

одного

электрона, кото

-

екольку она может быть замещена электроном

от другого атома

Ge

и т .д . Электрон, перешедший к

индию,

наоборот, оказыва -

ется

связанным с примесным атомом,

т .е . неподвижным. Примеси,

называются полупроводниками р -

типа, или дырочными полупро -

водниками.

Итак,

в полупроводниках

ѵі - типа свободными носителями

-

186 -

ные примесями будут дискретны.

На рис.6.36 изображена запрѳ

-

ценная

зона полупроводников

п

-

и р - типа. Энергетический

интервал между

примесным уровнем

и соответствующей

зоной

( AEt =

Ес - Et

или д Е , =

Et - Е,) называется энергией акти

-

вации.

В примесных полупроводниках уровень Ферми уже не

нахо-

а

б

рис.6.36

между энергетическим уровнем

примеси и соответствующей зоной.

С повышением температуры Е^

сдвигается к центру запрещен -

ной зоны. Если все электроны

с донорных уровней перешли в зо ­

в

полупроводнике

П - типа

основными

являются электроны,

а

неосновными -

дырки. В полупроводнике

р - типа, наоборот«дыр­

ки

- основные,

а

электроны

- неосновные носители. Важнейшей

электронной полупроводник акцепторной принеси, или в

дырочный

полупроводник - донорной принеси. Полупроводник, в которой

реализован р - п

переход, является полупроводниковый

диодом.

Такой диод пропускает электрический ток практически только

в

одном направлении. Рассмотрим этот вопрос

подробнее. Через

р -

- п

переход протекает

два вида тока. Во-первых, основные но

-

сители (электроны

в

п -области и дырки в

р-обдасти)

будут

диффундировать через потенциальный барьер. Процесс диффузии

носителей заряда в полупроводнике подобен диффузии молекул

в

газе

или в жидкости. На ри с.6.38 движение

основных

носите

-

лей

показано сплошными

Р ис.6.38

Р и с . 6 . 2 9

В равновесии

суммарный

ток через р -

п

переход

равен

нулю. Если сообщить

п - области

отрицательный

потенци­

ал, а

р - области - положительный, то

потенцдальный

барьер

ти, а левая - отрицательному. В первом случае

говорят,что на­

в запорном.

пропускном

направлении,

а во - втором, -

пряжение приложено в

Полупроводники, которые имеют дра р - п

перехода,

назы -

ваются полупроводниковыми триодами

или транзисторами.

Зонная

189

-