34. Основные сведения о полупроводниках. Их достоинства и области применения.

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре лежит между удельными сопротивлениями проводников и диэлектриков (ρ = 10^-6 - 10⁺⁸) может быть отнесена к полупроводникам. Электропроводность полупроводни­ков в сильной степени зависит от внешних энергетических воз­действий, а также от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

Управляемость электропроводностью полупроводников посредством температуры, света, электрического поля, механических усилий положена в основу принципа действия - соответственно терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резис­торов (варисторов), тензорезисторов, и т. д.

Наличие у полупроводников двух типов электропроводно­сти — электронной (п) и электроннодырочной (р) позволяет получить полупроводниковые изделия с р—n –переходом. Полупроводниковые материалы могут быть подразделены на простые полупроводники (элементы)(Бор, Кремний, Селен), полупроводниковые химические соединения (A^IVB^IV (IV – группа) (SiC);A^IIVB^V(GaAs);A^IIB^IV(CdS))

Достоинства приборов из полупроводников: 1) большой срок службы, 2) малые габариты и масса, 3) простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов), 4) отсутствие цепей накала при замене полупроводнико­выми приборами электронных ламп, потребление малой мощно­сти и малая инерционность, 5) экономичность при массовом про­изводстве.

35.Собственные и примесные полупроводники

Собственные полупроводники. Общие представления зонной теории твердого тела указывают, что для полупроводников характерно наличие не очень широкой запрещенной зоны в энергетической диаграмме. Для наиболее широко используемых полупроводников она составляет 0,5—2,5 эВ. На рис. а приведена энергетическая диаграмма собственного полупроводника, т. е. такого, у которого электроны в зону свободных энергетических уровней (зону проводимости) могут поставляться только из заполненной электронами зоны (валентной зоны).

Распределение электронов по уровням энергии, изображенное на рис. а, соответствует некоторой температуре Т, при которой в зону проводимости перешло несколько электронов, образовав в валентной зоне соответствующее число дырок. Так как при каждом акте возбуждения в собственном полупроводнике одновременно создаются два заряда противоположных знаков, то общее количество носителей заряда будет в два раза больше числа электронов в зоне проводимости, т. е. Индекс i у концентрации электронов и концентрации дырок означает, что это собственные носители зарядов. Удельная проводимость:

Примесные п/пр-ки. Для большинства полупроводниковых приборов используются примесные полупроводники. Поэтому в практике важное значение имеют такие полупроводниковые материа­лы, у которых ощутимая концентрация собственных носителей заряда появляется при возможно более высокой температуре, т. е полупроводники с достаточно широкой запрещенной зоной. В ра­бочем интервале температур поставщиками свободных носителей заряда являются примеси. Примесями в простых полупроводниках служат чужеродные атомы. Роль примесей играют всевозмож­ные дефекты кристаллической решетки: пустые узлы, атомы или ионы, оказавшиеся в междуузлиях решетки, дислокации или сдвиги, возникающие при пластической деформации кристалла, микротрещины и т. д. Если примесные атомы нахо­дятся в узлах кристаллической решетки, то они называются при­месями замещения, если в междуузлиях — примесями внедрения.

Д оноры. Заполненные при отсутствии внешних энергети­ческих воздействий (тепло, свет) примесные уровни расположены в запрещенной зоне около «дна» зоны проводимости (рис.б). При этом энергия активации примесных атомов меньше, чем ширина запрещенной зоны основного полупроводника, а потому при нагреве тела переброс электронов примеси будет опережать возбуждение электронов решетки. Положительные заряды, возникшие у отда­ленных друг от друга примесных атомов (уровни примеси показаны с разрывами), остаются локализованными, т. е. не могут блуждать по кристаллу и участвовать в электропровод­ности. Полупроводник с такой примесью имеет концентрацию электронов, большую, чем концентрация дырок, появившихся за счет перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости, и его называют полупроводником n-типа, а примеси, поставляющие электроны в зону проводимости, — донорами".

Акцепторы. Другие примеси могут внести незаполненные уровни, располагающиеся в запрещенной зоне основного полу­проводника вблизи «потолка» валентной зоны. Тепловое возбужде­ние будет в первую очередь забрасывать электроны из валентной зоны на эти свободные примесные уровни. Ввиду разобщенности атомов примеси электроны, заброшенные на примесные уровни, не участвуют в электрическом токе. Такой полупроводник будет иметь концентрацию дырок, большую, чем концентрация электро­нов, перешедших из валентной зоны в зону проводимости, и его отно­сят к р-типу. Примеси, захватывающие электроны из валентной зоны полупроводника, называют акцепторами (в).