Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
66
Добавлен:
29.03.2015
Размер:
372.74 Кб
Скачать

14

Лекция 15

Элементы зонной теории твердых тел

Вопросы

  1. Выпрямление на контакте металл-полупроводник.

  2. Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn переход).

  3. Полупроводниковые диоды и триоды.

Элементы физики атомного ядра

Вопросы

  1. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа.

  2. Энергия связи ядер.

  3. Ядерные силы. Модели ядра.

4. Радиоактивное излучение и его виды.

1. Выпрямление на контакте металл-полупроводник

При Ам>A электроны переходят из полупроводника в металл, в результате контактный слой полупроводника зарядится положительно, а металла  отрицательно. Этот процесс  до выравнивания уровней Ферми. Образуется двойной электрический слой d, поле которого препятствует дальнейшему переходу электронов. Контактный слой полупроводника обеднен электронами (концентрация электронов в п.п. 1015 см3, в металле 1022 см3) и его сопротивление очень большой. Такой контактный слой называется запирающим.

Запирающий контактный слой обладает односторонней (вентильной) проводимостью, т.е. пропускает внешний ток в одну сторону. Важнейшее свойство запирающего слоя  зависимость его сопротивления от направления поля. В пропускном направлении ток проходит, в запорном нет.

2. Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn  переход)

Электронно-дырочным (или р-n –переходом) называется контакт двух полупроводников, один из которых имеет электронную, а другой – дырочную проводимость.

Физические процессы в р-n –переходе

Донорный полупроводник приводится в контакт с акцепторным. Электроны из n- полупроводника диффундируют в р-полупроводник. В результате у границы контакта нескомпенсированные заряды образуют двойной электрический слой, поле которого препятсвует дальнейшему перетеканию зарядов. Прри одинаковой концентрации донлоров и акцепторов d1 = d2.

С выравниванием уровней Ферми энергетические зоны искривляются, возникают потенциальные барьеры для электронов и дырок. Высота потенци­ального барьера e при толщине двойного слоя d (d=106…107 м; 0,1 В), носители преодолевают такой барьер при темпе­ратурах в несколько тысяч градусов. При обычных температурах слой запирающий.

Направление внешнего поля, расширяющее запирающий слой, называется запирающим (обратным). В этом направлении ток не проходит.

Направление внешнего поля, уменьшающее запирающий слой, при котором электроны и дырки рекомбинируют, называется пропускным (прямым).

Т.о., р-n –переход обладает односторонней (вентильной) проводимостью.

Вольт – амперная характеристика р-n –перехода

Быстрое возрастание обратного тока обозначает пробой контактного слоя и его разрушение.

При включении в цепь переменного тока р-n –переход действует как выпрямитель.

3. Полупроводниковые диоды и триоды

Диодом называется двухэлектродная лампа, содержащая катод и анод. Полупроводниковый диод содержит один р-n –переход.

По конструкции полупроводниковые диоды делятся на:

  • Точечные;

  • Плоскостные.

Диоды применяются для выпрямления переменного тока. Диоды чувствительны к температуре, интервал их работы ограничен (70 оС…+120 оС).

Полупроводниковыми триодами (транзисторами) называются устройства, предназначенные для усиления и генерирования электромагнитных колебаний.

Первый транзистор создан американцами Бардином, и Браттейном и Шокли в 1949 г (Нобелевская премия 1956 г.)

По конструкции полупроводниковые транзисторы делятся на:

  • Точечные (для усиления малых мощностей);

  • Плоскостные.

Протекание тока в цепи эмиттера  за счет движения ды­рок. Они «впрыскиваются» (ин­жектируются) в область ба­зы, и изменяют ток коллектора.

Величина усиления тока в коллекторе зависит от Rвых и мощности батареи коллектора Бк и достигает 104.

Элементы физики атомного ядра

1. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа

Атомные ядра, открытые Э. Резерфордом в 1911 г., также как и сами атомы, имеют сложную структуру. В этом их убеждали многочисленные экспериментальные факты, накопленные к этому времени: открытие радиоактивности, экспериментальное доказательство ядерной модели ядра, измерение отношения e / m для электрона, α-частицы, открытие искусственной радиоактивности и ядерных реакций, измерение зарядов атомных ядер и т. д.

В настоящее время твердо установлено, что атомные ядра различных элементов состоят из двух частиц (нуклонов) – протонов и нейтронов.

Первая из этих частиц представляет собой атом водорода, из которого удален единственный электрон. Эта частица наблюдалась уже в опытах Дж. Томсона (1907 г.), которому удалось измерить у нее отношение e / m. В 1919 году Э. Резерфорд обнаружил ядра атома водорода в продуктах расщепления ядер атомов многих элементов. Резерфорд назвал эту частицу протоном. Он высказал предположение, что протоны входят в состав всех атомных ядер.

Рис.1

Схема опытов Резерфорда по обнаружению протонов в продуктах расщепления ядер. К – свинцовый контейнер с радиоактивным источником α–частиц, Ф – металлическая фольга, Э – экран, покрытый сульфидом цинка, М – микроскоп.

Положительный заряд протона в точности равен элементарному заряду e = 1,60217733·10–19 Кл.

Масса протона mp = 1,67262·10–27 кг; В ядерной физике массу частицы часто выражают в атомных единицах массы (а. е. м.): mp = 1,007276 · а. е. м. (1 а. е. м. = 1,66057·10–27 кг = 1/12 массы атома углерода). Массу частицы удобно выражать в эквивалентных значениях энергии в соответствии с формулой E = mc2. Так как 1 эВ = 1,60218·10–19 Дж, в энергетических единицах масса протона равна 938,272331 МэВ.

Через 12 лет в 1932 г. Чедвик экспериментально исследовал излучение, возникающее при облучении бериллия α-частицами, и обнаружил, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц (нейтронов) с массой, примерно равной массе протона.

Рис. 2. Схема установки для обнаружения нейтронов

Заряд нейтрона равен нулю.

Масса нейтрона mn = 1,67493·10–27 кг = 1,008665 а. е. м. =939,56563 МэВ. Масса нейтрона незначительно превосходит массу протона.