Электроника
Электроника – наука о полупроводниковых электронных приборах, о принципах их работы и об устройствах на их основе.
В настоящее время под понятием «электроника» понимают полупроводниковую (твёрдотельную) электронику, т.к. практически все современные электронные приборы построены на основе полупроводников (твёрдых тел) и ток в таких приборах протекает (носители заряда двигаются) в основном в полупроводниках (твёрдых веществах), в отличие от предыдущих поколений электроники, например от вакуумной электроники, где носители заряда двигаются в вакууме (внутри герметичной стеклянной трубки).
------------------------------------------------------------------------
Электрический ток
Электрический ток – это упорядоченное движение заряженных частиц. Движение этих частиц происходит в направлении, определяемом полярностью приложенного напряжения, а именно:
- для положительно заряженных частиц (дырок, положительных ионов, …) – от «+» к «–» (это и есть положительное направление тока – направление движения положительно заряженных частиц, так принято давным-давно в электротехнике);
- для отрицательно заряженных частиц (электронов, отрицательных ионов, …) – от «–» к «+»; если даже ток создаётся только электронами, при указании положительного направления тока указывают направление, противоположное реальному направлению движения электронов, т.к. они являются отрицательно заряженными частицами.
------------------------------------------------------------------------
Типы материалов
В электронике используются следующие типы материалов:
1) Проводники – вещества, среды, материалы, которые хорошо проводят электрический ток.
В проводнике имеется большое число свободных носителей заряда (только электронов), то есть заряженных частиц, которые могут свободно перемещаться внутри объёма проводника и под действием приложенного к проводнику электрического напряжения создают ток. Благодаря большому числу свободных носителей заряда и их высокой подвижности значение удельной электропроводности проводников велико.
2) Полупроводники (далее – «п/п») – материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения, т.к. все эти факторы сильно влияют на количество носителей заряда в п/п). Основным свойством п/п является увеличение электрической проводимости с ростом температуры (причина объяснена ниже).
Полупроводниками являются вещества, ширина запрещённой зоны которых составляет порядка нескольких электрон-вольт (эВ). Это энергетическая величина, а не ширина в обычном понимании, например, в долях метра.
1 эВ = 1,6021766208(98)·10−19 Дж.
Запрещённая зона – область значений энергии, обладание которыми электроном в идеальном (бездефектном) кристалле крайне маловероятно.
В проводниках запрещённой зоны вообще нет (электроны в них могут принимать любые значения энергии и поэтому могут свободно проводить ток).
В п/п запрещённая зона имеет место и с точки зрения зонной теории твёрдого тела п/п – это вещество с шириной запрещённой зоны < 3 эВ.
В
п/п выше запрещённой зоны находится
зона проводимости, ниже – валентная
зона. Чтобы электроны в п/п, которые
обычно находятся в валентной зоне,
смогли проводить ток, им нужноизвне
сообщить энергию (например, тепловым,
световым, радиационным или др. видов
излучения), бо́льшую ширины запрещённой
зоны, чтобы энергия электронов приняла
значения из зоны проводимости (электрон
физически не перемещается из валентной
зоны в зону проводимости, меняется
только его энергия, т.к. значение энергии
переходит из валентной зоны в зону
проводимости).
Например, алмаз можно отнести к широкозонным п/п, а арсенид индия – к узкозонным. К числу п/п относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и другие), огромное количество сплавов и химических соединений (арсенид галлия и др.). Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространённым в природе п/п является кремний (Si – Silicium), составляющий почти 30 % земной коры.
3) Диэлектрики (изоляторы) – вещества, среды, материалы, которые практически не проводят электрический ток. Основное свойство диэлектрика состоит в способности поляризоваться во внешнем электрическом поле.
Концентрация свободных носителей заряда в диэлектрике не превышает 108 см−3. С точки зрения зонной теории твёрдого тела диэлектрик – вещество с шириной запрещённой зоны > 3 эВ.
------------------------------------------------------------------------