скачать doc
Электрический ток в полупроводниках
У
дельное сопротивление полупроводников с увеличением температуры резко уменьшается. При температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. При низких температурах полупроводник ведет себя как диэлектрик.
По мере повышения температуры удельное сопротивление быстро уменьшается.
Строение полупроводниковК полупроводникам относятся некоторые элементы IV группы таблицы Менделеева,
например, кремний Si или германий Ge.
Кремний — четырехвалентный элемент. Это означаем внешней оболочке атома имеются четыре электрона, слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого кремния также равно четырем.
Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью ковалентной связи, в образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону.
Каждый атом образует четыре связи с соседними, и любой валентный электрон может двигаться по одной из них. Дойдя до соседнего атома, он может перейти к следующему, а затем дальше вдоль всего кристалла. Валентные электроны принадлежат всему кристаллу.
Парноэлектронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток.
Механизм проводимости полупроводников
Э
лектронная проводимость. При нагревании кремния кинетическая энергия частиц повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700 К число свободных носителей заряда увеличивается от 1017 до 1024 м-3. Это приводит к уменьшению сопротивления. Дырочная проводимость. При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой.Положение дырки в кристалле не является неизменным. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.
При наличии электрического поля возникает упорядоченное перемещение дырок, и, таким образом, к электрическому току свободных электронов добавляется электрический ток, связанный с перемещением дырок. Направление движения дырок противоположно направлению движения электронов.
Таким образом, собственная проводимость полупроводников-электронно-дырочная.
Проводимость полупроводников при наличии примесей.
Донорные примеси.
Примеси, легко отдающие электроны
(элементы V группы таблицы Менделеева, например, мышьяк As)
Полупроводники, имеющие донорные примеси – полупроводники n-типа (n-негатив).
В полупроводниках n-типа основными носителями заряда являются электроны.
А
кцепторные примеси.Элементы III группы таблицы Менделеева, например, индий In или галий Ga.
Полупроводники, имеющие акцепторные примеси – полупроводники p-типа (p-позитив).
В полупроводниках p-типа основными носителями заряда являются дырки
p - n переход
p
- n переход – контактный слой двух примесных полупроводников p и n типа.
.
В
ольт-амперная характеристика (ВАХ) кремниевого диода. На графике использованы различные шкалы для положительных и отрицательных напряжений
Uн
Применение диода: выпрямление переменного тока.
Коэффициент выпрямления k = Iп/Iо ≈ 106
Полупроводниковый транзистор.
П
реимущества полупроводниковых приборов:
Малые размеры и масса
Длительный срок службы
Высокая механическая прочность
Высокий КПД
Недостатки:
Зависимость от температуры; работает только при температуре от -70ºС до 80ºС для Ge и до 125ºС для Si.
Применение полупроводникового транзистора: усиление силы тока и напряжения.