Примесная проводимость
Для создания полупроводниковых приборов часто используют кристаллы с примесной проводимостью. Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.
По виду проводимости. Полупроводник n-типа
Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными.
Проводимость N-полупроводников приблизительно равна:
Полупроводник p-типа
Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными.
Проводимость p-полупроводников приблизительно равна:
Эффект
Холла —
явление возникновения поперечной
разности
потенциалов
(называемой также холловским
напряжением)
при помещении проводника с постоянным
током в магнитное
поле.В
простейшем рассмотрении эффект Холла
выглядит следующим образом. Пусть через
металлический брус в слабом магнитном
поле
течёт
электрический
ток
под действием напряжённости
.
Магнитное поле будет отклонять носители
заряда
(для определённости электроны)
от их движения вдоль или против
электрического
поля
к одной из граней бруса. При этом критерием
малости[1]
будет служить условие, что при этом
электрон
не начнёт двигаться по циклоиде.
Таким
образом, сила
Лоренца
приведёт к накоплению отрицательного
заряда возле одной грани бруска и
положительного возле противоположной.
Накопление заряда будет продолжаться
до тех пор, пока возникшее электрическое
поле
зарядов
не
скомпенсирует магнитную составляющую
силы Лоренца:
Скорость
электронов
можно
выразить через плотность
тока:
где
—
концентрация
носителей заряда. Тогда
Коэффициент
пропорциональности
между
и
называется
коэффициентом
(или константой)
Холла.
Термоэдс, электродвижущая сила, возникающая в электрической цепи, состоящей из нескольких разнородных проводников, имеющих в местах контактов различную температуру. Термо-ЭДС в полупроводниках, как и в металлах возникает под действием разности температуры. Основой преобразователей тепловой энергии в электрическую являются термоэлементы, составленные из последовательно включенных полупроводников p и n-типов. Большая термо-ЭДС полупроводников позволяет использовать их в качестве эффективных преобразователей тепловой энергии в электрическую.