3. Види напівпровідників

3.1. За характером провідності

3.1.1. Власна провідність

Напівпровідники, у яких вільні електрони і "дірки" з'являються в процесі іонізації атомів, з яких побудований весь кристал, називають напівпровідниками з власною провідністю. У напівпровідниках із власною провідністю концентрація вільних електронів дорівнює концентрації "дірок".

Провідність пов'язана з рухливістю часток наступним співвідношенням:

де ρ - Питомий опір, μ _n - рухливість електронів, μ _p - Рухливість дірок, _{N n, p} - Їх концентрація, q - елементарний електричний заряд (1,602 10 ^-19 Кл).

Для власного напівпровідника концентрації носіїв збігаються і формула приймає вигляд:

3.1.2. Домішкова провідність

Для створення напівпровідникових приладів часто використовують кристали з домішкової провідністю. Такі кристали виготовляються за допомогою внесення домішок з атомами тривалентного або пятивалентного хімічного елемента.

3.2. По виду провідності

3.2.1. Електронні напівпровідники ( n-типу)

Напівпровідник n-типу

Термін "n-тип" походить від слова "negative", що позначає негативний заряд основних носіїв. Цей вид напівпровідників має домішкову природу. У чотиривалентний напівпровідник (наприклад, кремній) додають домішка пятивалентного напівпровідника (наприклад, миш'яку). У процесі взаємодії кожен атом домішки набирає ковалентний зв'язок з атомами кремнію. Однак для п'ятого електрона атома миш'яку немає місця в насичених валентних зв'язках, і він переходить на дальню електронну оболонку. Там для відриву електрона від атома потрібна менша кількість енергії. Електрон відривається і перетворюється на вільний. В даному випадку перенесення заряду здійснюється електроном, а не діркою, тобто даний вид напівпровідників проводить електричний струм подібно металам. Домішки, які додають в напівпровідники, внаслідок чого вони перетворюються на напівпровідники n-типу, називаються донорними.

Провідність N-напівпровідників приблизно дорівнює:

3.2.2. Діркові напівпровідники ( р-типу)

Напівпровідник p-типу

Термін "p-тип" походить від слова "positive", що позначає позитивний заряд основних носіїв. Цей вид напівпровідників, крім домішкової основи, характеризується діркової природою провідності. У чотиривалентний напівпровідник (наприклад, в кремній) додають невелику кількість атомів тривалентного елемента (наприклад, індію). Кожен атом домішки встановлює ковалентний зв'язок з трьома сусідніми атомами кремнію. Для установки зв'язку з четвертим атомом кремнію у атома індію немає валентного електрона, тому він захоплює валентний електрон з ковалентного зв'язку між сусідніми атомами кремнію і стає негативно зарядженим іоном, внаслідок чого утворюється дірка. Домішки, які додають у цьому випадку, називаються акцепторними.

Провідність p-напівпровідників приблизно дорівнює:

Тема 40. Елементи квантової теорії електропровідності металів. Елементи квантової теорії електропровідності металів (2 год)

Мета: Визначити явища на межі контакту двох провідників. Дати означення термопарам.

Мета: План

1. Контакт двох провідників.

2. Термоелектричні явища та їх застосування.

3. Ефект Томсона

Література: [1], [3], [5], [7], [12] – основна; [2], [6] – додаткова.

Термоелектричні явища — ряд явищ, які пов'язують між собою електричний струм та потоки тепла в речовинах і контактах між ними.

Область фізики які вивчає ці явища називається термоелектрикою.

До термоелектричних явищ належать^[1]:

• Ефект Зеебека — виникнення електрорушійної сили в неоднорідно нагрітому провіднику.

• Ефект Пельтьє — нагрівання чи охолодження контакту двох провідників при проходженні через нього електричного струму.

• Ефект Томсона — виділення або поглинання тепла при проходженні електричного струму через неоднорідно нагрітий провідник.

Термоелектричні явища широко використовуються в техніці. Термопари застосовуються для вимірювання температури, а також для прямого перетворення тепла в електрику в тих випадках, коли доцільно уникнути рухомих деталей (наприклад, у космосі). Поглинання тепла при проходженні електричного струму через контакт використовується в холодильниках, тощо.

Дослідження в Україні

Піонером і лідером досліджень у галузі термоелектрики в Україні є академік НАН України Анатичук Лук'ян Іванович. Ним створено Інститут термоелектрики подвійного підпорядкування — Національній академії наук та Міністерству освіти і науки України. У 1994 р. створено Міжнародну термоелектричну академію, до складу якої увійшли провідні спеціалісти з 20 країн світу — США, Англії, Франції, Японії, Італії, Росії, України та інших держав. Анатичук Л. І. — президент цієї академії.