14. Полупроводники

Полупроводники – вещества, удельное сопротивление которых много больше удельного сопротивления типичных металлов и много меньше удельного сопротивления типичных диэлектриков. Под полупроводниками понимают не просто "плохие проводники", а особый класс веществ, дополнительно обладающих следующими основными свойствами:

1) с повышением температуры удельное сопротивление полупроводников уменьшается;

2) удельное сопротивление полупроводников уменьшается при их освещении;

3) контакт двух полупроводников различного типа может обладать односторонней проводимостью.

Дырка – вакантное место с недостающим электроном в полупроводнике, образующееся при разрыве ковалентной связи. На самом деле никаких особых частиц, называемых дырками, не существует; это просто удобный способ описания некоторых процессов, происходящих в полупроводнике. В дырке имеется избыточный положительный заряд.

Типичные полупроводники – кристаллические кремний (Si) и германий (Ge).

Собственная проводимость полупроводников – тип проводимости в полупроводнике, при которой электрический ток создается движением равного количества отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок.

Примесная проводимость полупроводников – тип проводимости в полупроводнике, при которой электрический ток создается движением носителей в основном одного типа (электронов или дырок); эти носители в большинстве образуются за счет наличия в веществе особых примесей. Те носители, которые составляют в полупроводнике подавляющее большинство называются основными, а другие носители – неосновными.

Донорные примеси – примеси, наличие которых приводит к образованию свободных электронов без возникновения такого же количества дырок. Донорными примесями могут служить атомы мышьяка, фосфора и т. п. Они замещают в узлах кристаллической решетки некоторые атомы. Четыре из пяти валентных электронов атома образуют с соседями четыре ковалентные связи, а пятый электрон остается незанятым в связях.

Проводимость полупроводника, в котором основными носителями являются электроны называется электронной. Сам полупроводник (с донорными примесями) при этом называют электронным или полупроводником n-типа.

Акцепторные примеси – примеси, захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки без увеличения свободных электронов. Акцепторными примесями могут служить атомы индия, бора и т. п. Они замещают в узлах кристаллической решетки некоторые атомы. При этом три валентных электрона атома образуют три ковалентные связи с тремя соседями, а связь с четвертым атомом не образуется

Проводимость полупроводника, в котором основными носителями являются дырки называется дырочной. Сам полупроводник (с акцепторными примесями) при этом называют дырочным или полупроводником p-типа.

Терморезистор – полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого сильно зависит от температуры. Для изготовления применяются полупроводниковые материалы, являющиеся оксидами некоторых металлов.

Фоторезистор – полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого сильно зависит от условий его освещения светом. Изготавливают в виде тонких слоев полупроводникового вещества, нанесенного на подложку диэлектрика.

Полупроводниковый диод – прибор, обладающий способностью пропускать ток в одном направлении и не пропускать его в другом. Он представляет собой полупроводник с двумя граничащими областями – p-типа и n-типа (p–n переход). При подключению к области p-типа положительной, а к области n-типа – отрицательной клеммы источника тока (включение в прямом направлении), через диод потечет значительный ток, обусловленный движением основных носителей в каждой из областей. При обратном подключении (включение в обратном направлении) сила тока через диод будет значительно меньше (во многих случаях этим обратным током можно пренебречь).

Транзистор – прибор, состоящий из полупроводника с тремя областями чередующихся типов (на–пример, p–n–p n–p–n). Средняя область полупроводника называется базой, а крайние области, обладающие проводимостью противоположного базе типа, называются эмиттером (э) и коллектором (к). Транзисторы используются, в основном, для следующих целей. Изменением знака напряжения, подаваемого между базой и эмиттером, можно включать и выключать ток, протекающий между эмиттером и коллектором (бесконтактные переключающие элементы). Подавая на базу переменный ток можно получать значительно больший переменный ток, протекающий между эмиттером и коллектором (усилители).

Зависимость удельной проводимости чистого полупроводника от температуры . Положение уровня Ферми в чистом полупроводнике. Зависимость силы тока через – переход от приложенного напряжения.

Схема энергетических зон для диэлектриков и полупроводников	Зависимость ln от 1/Т для чистого полупроводника	Схема энергетических зон для полупроводника n-типа
Вольтамперная характеристика р–n перехода