Полупроводники

План

Властивості напівпровідників. .

Власна провідність напівпровідників.

Домішкова електропровідність напівпровідників. .

Термо- і фоторезистор. .

Електронно-дірковий перехід. Напівпровідниковий діод. .


Властивості напівпровідників

Залежно від електричних властивостей речовини поділяють на провідники, діелектрики і напівпровідники. Які ж особливості будови твердих тіл зумовлюють величезну кількісну і якісну різницю електричних властивостей цих речовин?

З молекулярної фізики ми дізналися, що взаємодія між атомами твердого тіла може мати різний характер. В одних тілах ця взаємодія здійснюється за допомогою валентних електронів, в інших — взаємодіють йони. Внаслідок міжатомної взаємодії зв'язок валентних електронів зі своїми атомами послаблюється і в деяких твердих тіл він стає настільки малим, що валентні електрони дістають можливість вільно переміщатися у кристалі. Такі речовини містять велику кількість не зв'язаних з певним атомом електронів і тому мають дуже малий питомий опір. Залежність питомого опору таких речовин від температури визначається швидкістю упорядкованого руху електронів, оскільки їх концентрація із зміною температури не змінюється. Інакше кажучи, такі тіла мають властивості, характерні для металів

В інших твердих тілах взаємодії самої по собі ще не досить для відщеплення електронів від атомів і перетворення їх на електрони провідності. Для цього навіть слабко зв'язаним електронам треба надати певної додаткової енергії (енергії йонізації), іноді за рахунок енергії теплових коливань атомів.

З підвищенням температури речовини зростають енергія теплових коливань і кількість електронів, які дістають достатню для відщеплення від атомів енергію. В таких речовинах концентрація електронів провідності навіть за кімнатної температури може мати помітне значення, яке сильно зростає з підвищенням температури.

Отже, основною відмінністю металів від напівпровідників є те, що в металах практично всі валентні електрони перебувають у вільному стані, а в напівпровідниках — у зв'язаному. Причому енергія зв'язку їх з атомами невелика, так що за рахунок теплових коливань йонів решітки частина електронів із зв'язаного стану може переходити у вільний.

У деяких речовин енергія зв'язку валентних електронів з атомами може значно перевищувати енергію коливального руху атомів решітки, і тому за звичайних умов у таких речовинах вільних електронів практично немає. Такі речовини називають діелектриками (ізоляторами). Таким чином, між напівпровідниками і діелектриками не можна провести чіткої межі — за досить високих температур діелектрики можуть поводити себе як напівпровідники.

Власна провідність напівпровідників

З'ясуємо детальніше процес утворення електронів провідності у напівпровідниках. Для конкретності міркувань розглянемо Германій — типовий напівпровідник. Його порядковий номер Z = 32, а це означає, що до складу атома входить 32 електрони. Однак із них лише чотири слабко зв'язані з ядром атома. Саме вони беруть участь у хімічних реакціях і зумовлюють чотири валентності Германію. В решітці германію атоми розміщуються так, що кожен атом оточений чотирма найближчими сусідами. Спрощену плоску схему розташування його атомів показано на малюнку 1. Зв'язок двох сусідніх атомів зумовлений парою валентних електронів, які утворюють парно-електронний, або валентний зв'язок. Чотири валентні електрони кожного атома вступають у ковалентні зв'язки з електронами сусідніх атомів,

1 2 3 4 5 6

Похожие работы