Які основні властивості напівпровідників?

За електричному опору напівпровідники займають проміжне місце між провідниками і ізоляторами. Напівпровідникові діоди і тріоди мають ряд переваг: мала вага і розміри, значно більший термін служби, велику механічну міцність.

Схема видів напівпровідників.

Схема видів напівпровідників.

Розглянемо основні властивості і характеристики напівпровідників. Щодо них електричної провідності напівпровідники поділяються на 2 типи: з електронної і доречнийпровідністю.

Напівпровідники з електронною провідністю мають так звані вільні електрони, які слабо повязані з ядрами атомів. Якщо до цього напівпровідника прикласти різницю потенціалів, то вільні електрони будуть рухатися поступально - в певному напрямку, створюючи таким чином електричний струм. Оскільки в цих типах напівпровідників електричний струм являє собою переміщення негативно заряджених частинок, вони отримали назву провідників типу п (від слова negative - негативний).

Напівпровідники і провідники.

Напівпровідники і провідники.

Напівпровідники з доречнийпровідністю називаються напівпровідниками типу р (від слова positive - позитивний). Проходження електричного струму в цих типах напівпровідників можна розглядати як переміщення позитивних зарядів. У напівпровідниках з р-провідністю немає вільних електронов- якщо атом напівпровідника під впливом будь-яких причин втратить 1 електрон, то він буде заряджений позитивно.

Відсутність одного електрона в атомі, що викликає позитивний заряд атома напівпровідника, назвали діркою (це означає, що утворилося вільне місце в атомі). Теорія і досвід показують, що дірки поводяться як елементарні позитивні заряди.

Діркова провідність полягає в тому, що під впливом прикладеної різниці потенціалів переміщаються дірки, що рівносильно переміщенню позитивних зарядів.

Насправді, при доречний провідності відбувається наступне. Припустимо, що є 2 атома, один з яких забезпечений діркою (відсутній 1 електрон на зовнішній орбіті), а інший, що знаходиться праворуч, має всі електрони на своїх місцях (назвемо його нейтральним атомом). Якщо до напівпровідника прикладена різниця потенціалів, то під впливом електричного поля електрон з нейтрального атома, у якого всі електрони на своїх місцях, переміститься вліво на атом, забезпечений діркою.

Схема будови атома

Схема будови атома.

Завдяки цьому атом, який мав дірку, стає нейтральним, а дірка перемістилася вправо на атом, з якого пішов електрон. У напівпровідникових приладах процес «заповнення» дірки вільним електроном називається рекомбінацією. В результаті рекомбінації зникає і вільний електрон, і дірка, а створюється нейтральний атом. І так переміщення дірок відбувається в напрямку, протилежному руху електронів.

В абсолютно чистому (власному) напівпровіднику під дією тепла або світла електрони і дірки народжуються парами, тому число електронів і дірок у власному напівпровіднику однаково.

Для створення напівпровідників з різко вираженими концентраціями електронів або дірок чисті напівпровідники постачають домішками, утворюючи домішкові напівпровідники. Домішки бувають донорні, що дають електрони, і акцепторні, що утворюють дірки (т. Е. Відривають електрони від атомів). Отже, в напівпровідниках з донорной домішкою провідність буде переважно електронної, або n - провідність. У цих напівпровідниках основними носіями зарядів є електрони, а неосновними - дірки. У напівпровідниках з акцепторною домішкою, навпаки, основними носіями зарядів є дірки, а неосновними - електрони- це - напівпровідники з р-провідністю.

Основними матеріалами для виготовлення напівпровідникових діодів і тріодів служать германій і кремній- по відношенню до них донорами є сурма, фосфор, мишьяк- акцепторами - індій, галій, алюміній, бор.

Розташування електричних зарядів в напівпровіднику.

Малюнок 1. Розподіл електричних зарядів у напівпровіднику.

Домішки, які зазвичай додаються в кристалічний напівпровідник, різко змінюють фізичну картину проходження електричного струму.

При утворенні напівпровідника з n-провідністю в напівпровідник додається донорная домішка: наприклад, в напівпровідник германій додається домішка сурми. Атоми сурми, є донорними, повідомляють германію багато вільних електронів, заряджаючись при цьому позитивно.

Таким чином, в напівпровіднику n-провідності, утвореного домішкою, є такі види електричних зарядів:

  • рухливі негативні заряди (електрони), які є основними носіями (як від донорної домішки, так і від власної провідності);
  • рухливі позитивні заряди (дірки) - неосновні носії, що виникли від власної провідності;
  • нерухомі позитивні заряди - іони донорної домішки.

При утворенні напівпровідника з р-провідністю в напівпровідник додається акцепторная домішка: наприклад, в напівпровідник германій додається домішка індію. Атоми індію є акцепторними, відривають від атомів германію електрони, утворюючи дірки. Самі атоми індію при цьому заряджаються негативно.

Отже, в напівпровіднику р-провідності є такі види електричних зарядів:

  • рухливі позитивні заряди (дірки) - основні носії, що виникли від акцепторной домішки і від власної провідності;
  • рухливі негативні заряди (електрони) - неосновні носії, що виникли від власної провідності;
  • нерухомі негативні заряди - іони акцепторной домішки.

На рис. 1 показані пластинки р-германію (а) і n-германію (б) з розташуванням електричних зарядів.


» » » Які основні властивості напівпровідників?