- •2. Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn переход)
- •Физические процессы в р-n –переходе
- •Вольт – амперная характеристика р-n –перехода
- •3. Полупроводниковые диоды и триоды
- •Элементы физики атомного ядра
- •1. Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа
- •Характеристики ядра
- •Энергия связи ядер
- •3. Ядерные силы. Модели ядра
- •Свойства ядерных сил
- •Модели ядра
- •4. Радиоактивное излучение и его виды
- •Виды радиоактивного излучения
- •Глава 6. Физика атома и атомного ядра
Лекция 15
Элементы зонной теории твердых тел
Вопросы
Выпрямление на контакте металл-полупроводник.
Контакт электронного и дырочного полупроводников (рn переход).
Полупроводниковые диоды и триоды.
Элементы физики атомного ядра
Вопросы
Размер, состав и заряд атомного ядра. Массовое и зарядовое числа.
Энергия связи ядер.
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 (рn переход)
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=10–6…10–7 м; 0,1 В), носители преодолевают такой барьер при температурах в несколько тысяч градусов. При обычных температурах слой запирающий.
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;
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.