среда, 8 января 2020 г.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость проводимости от температуры

Ответ #1:

 

Полупроводниками называют вещества, которые занимают промежуточное положение между веществами, проводящими электрический ток, и веществами, практически не проводящими электрического тока. Ток в полупроводниках представляет собой упорядоченное движение электронов и дырок, которое возникает благодаря влиянию электрического поля. Дырками называют положительные заряды, равные по величине зарядам электронов.

 

Как же возникают дырки? Дело в том, что при тепловых колебаниях атомов между электронами распределяется тепловая энергия, причем распределяется неравномерно. Это означает, что отдельные электроны могут получить количество энергии, превышающее энергию выхода, и оторваться от своего атома. Таким образом, оторвавшиеся электроны являются потенциальными носителями тока. Уход электрона из атома приводит к возникновению положительного заряда, равного по величине заряду ушедшего электрона. Это освободившееся место с положительным зарядом и называют дыркой. Несложно догадаться, что электроны и дырки возникают в равных количествах. Так как освободившееся место может быть занято другим электроном, то дырка, как и электрон, может перемещаться.

 

Для полупроводников характерно, что проводимость сильно зависит от микроскопических количеств примесей, содержащихся в них. Соответственно, различают собственную и примесную проводимость полупроводников. Примесная проводимость возникает наряду с собственной и обусловлена наличием примесей.

 

Рассмотрим два типа примесей – акцепторную и донорную примесь.

Акцепторной примесью называют примесь, валентность которой на единицу меньше, чем валентность полупроводника. В такой ситуации атому примеси, чтобы образовать нормальные парно-электронные связи с соседними атомами, не хватает одного электрона, следовательно, образуется дырка. Такие полупроводники называют полупроводниками p-типа: основные носители заряда в них - дырки, неосновные – электроны.

А если валентность примеси на единицу больше, чем валентность полупроводника, то такую примесь называют донорной. В этом случает в полупроводнике, наоборот, появляется лишний электрон, который легко покидает атом и становится свободным. Такие полупроводники называют полупроводниками n-типа: основные носители заряда в них – электроны, неосновные – дырки.

 

Если соединить полупроводники p-типа и n-типа, то возникнет p-n-переход. Свободные электроны в полупроводнике n-типа начинают переходить в полупроводник p-типа, а дырки в полупроводнике p-типа переходят в полупроводник n-типа. В результате полупроводник n-типа заряжается положительно, а полупроводник p-типа – отрицательно, соответственно, появляется электрическое поле, которое прекращает переход электронов и дырок.

 

Если соединенные полупроводники p- и n-типа включить в электрическую цепь, подсоединив полупроводник p-типа к положительному заряду, а n-типа – к отрицательному, то сопротивление перехода будет незначительным, а если соединить по-другому, то p-n-переход практически не пропустит ток. Благодаря этому свойству работают полупроводниковые диоды – устройства, пропускающие ток только в одном направлении.

 

Для полупроводников характерна зависимость сопротивления от температуры: с ростом температуры сопротивление резко убывает.

 

Пример-задача

Полупроводником какого типа будет кремний с примесью: а) мышьяка, б) индия, в) фосфора?

Решение:

Валентность кремния – 4. Следовательно, с трехвалентными примесями он становится полупроводником p-типа, а с пятивалентными – n-типа.

а) Мышьяк пятивалентен, следовательно, n-типа.

б) Индий трехвалентен, следовательно, p-типа.

в) Фосфор пятивалентен, следовательно, n-типа.

 

Ответ: а) n, б) p, в) n.