Полупроводники основные положения
Электронная проводимость – результат направленного перемещения в межатомном пространстве свободных электронов, покинувших валентную оболочку атома в результате внешнего воздействия на полупроводник (нагревание, воздействие внешних полей и т.д.)
Дырочная проводимость – результат направленного перемещения валентных электронов между электронными оболочками соседних атомов на вакантные места – дырки.
Примеси в полупроводнике – атомы посторонних химических элементов, содержащихся в основном полупроводнике.
Различают донорные и акцепторные примеси.
Атомы донорной примеси имеют валентность большую валентности основного полупроводника.
Атомы акцепторной примеси имеют валентность меньшую валентности основного полупроводника.
Полупроводник n-типа – полупроводник с донорной примесью
Полупроводник p-типа – полупроводник с акцепторной примесью
p-n-переход – контактный слой двух примесных полупроводников p и n типов.
Запирающий слой – двойной слой разноименных электрических зарядов, создающий электрическое поле на p-n-переходе, препятствующее свободному разделению зарядов.
Полупроводниковый диод – полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами для включения в электрическую цепь.
Транзистор – полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами и тремя выводами для включения в электрическую цепь.
Транзистор используется для усиления и генерации электрических сигналов.
Коэффициент усиления – отношение изменения величины выходного сигнала к вызвавшему его изменению входного.
Проводимость полупроводников
Зависимость проводимости полупроводников от температуры
Собственная проводимость полупроводников
Примесная проводимость полупроводников
Донорные и акцепторные примеси
Использование различных типов проводимости полупроводников
ДАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ
Наиболее отчетливо полупроводники отличаются от проводников характером зависимости электропроводности от температуры.
У соединений типа PbS, CdS и др. удельное сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов, а резко уменьшается.
Полупроводники – элементы и соединения у которых с увеличением температуры удельное сопротивление не растет, как у металлов, а наоборот, чрезвычайно резко уменьшается.
При низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик, его удельное сопротивление очень велико. По мере повышения температуры удельное сопротивление быстро уменьшается.
При нагревании полупроводника кинетическая энергия валентных электронов повышается и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои проторенные пути и станов свободными, подобно электронам в металле.
В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки образуя электрический ток.
При повышении температуры число разорванных валентных связей, а значит и свободных электронов, увеличивается. Это ведет к уменьшению сопротивления полупроводника.
Собственная проводимость – это проводимость чистых полупроводников.
Она обычно невелика, так как мало число свободных электронов. Число свободных электронов составляет одну десятимиллиардную часть от общего числа.
Различают два вида собственной проводимости полупроводников: электронную и дырочную.
Электронная проводимость – проводимость полупроводника, обусловленная наличием у них свободных электронов.
Дырочная проводимость – проводимость полупроводников, обусловленная упорядоченным перемещением дырок.
Механизм электронной и дырочной проводимости: в отсутствии внешнего поля имеется 1 электрон (-) и 1 дырка (+). При наложении поля происходит перемещение электронов. Свободные электр смещаются против напряженности поля. В этом направлении перемещается также один из связанных электронов. Образуется дырка, которая перемещается по всему кристаллу.
Примесная проводимость – дополнительная проводимость существующая наряду с собственной, обуславливаемая наличием примесей в полупроводнике.
Дозированное введение в чистый полупроводник примесей позволяет целенаправленно менять его проводимость.
Существуют донорные и акцепторные примеси.
Донорная примеси – это примеси, легко отдающие электроны, и следовательно, увеличивающие число свободных электронов. Поскольку полупроводник, имеющий донорные примеси обладают большим числом электр, их называют полупроводниками n-типа.
Донорная примесь — это примесь с большей валентностью.
При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа.
Полупроводники с донорной примесью называют полупроводниками n-типа (лат. negativus – отрицательный), так как они обладают преимущественно электронной проводимостью.
В полупроводниках n-типа электрон является основным носителем заряда, а дырки – не основным.
Например, для кремния Si с валентностью n = 4 донорной примесью является мышьяк As с валентностью n = 5. Каждый атом примеси мышьяка приведет к образованию одного электрона проводимости.
Акцепторные примеси – это принимающие примеси.
Акцепторная примесь — это примесь с меньшей валентностью.
При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником
p-типа.
Полупроводники с акцепторной примесью называют полупроводниками p-типа (лат. positivus – положительный), так как они обладают преимущественно дырочной проводимостью.
Основными носителями заряда в полупроводниках p-типа являются дырки, а электроны – не основными.
Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».
Электропроводность полупроводника нелинейно зависит от температуры, так как с повышением температуры возрастает число разрывов ковалентных связей и увеличивается количество свободных электронов.
Кроме нагрев разрыв ковалентных связей может быть вызван освещением или облучением (фотопроводимость полупроводников).
Терморезисторы используются для измерения температуры по силе тока в цепи с полупроводником. Терморезисторы применяются для дистанционного измерения температуры, противопожарной сигнализации и т.д.
Фоторезисторы – приборы, в которых использован фотоэлектрический эффект.