1.Поняття напівпровідників.

1. Класифікація за опором.

До недавнього часу речовини за їх електричними властивостями класифікували як провідники та діелектрики. Такий розподіл зрозумілий , оскільки ці речовини дуже сильно відрізняються між собою електропровідністю. Для провідників значення питомого опору знаходиться в межах від до Ом×м , а для діелектриків воно змінюється в межах віддоОм×м . Ці числа показують , який значний інтервал між питомим опором провідників та діелектриків. Ці області та інтервали між ними можна побачити на схемі 1.

2. Хімічні елементи.

Подальші дослідження електропровідності речовин призвели до відкриття таких матеріалів , у яких електропровідність виявилася проміжною між провідниками та діелектриками . Такі речовини було названо напівпровідниками. До них належать елементи 4 групи таблиці Менделєєва – германій та кремній , також селен , сполуки елементів 3 групи з елементами 5 групи. Питомий опір напівпровідників знаходиться в межах між від до, що також відображено на схемі 1.

Також слід зазначити , що опір різних речовин( напівпровідники не виняток) залежить від їх чистоти.

2. Електричний опір напівпровідників.

1. Залежність опору напівпровідників від температури.

Для визначення цієї залежності розглянемо напівпровідник , що майже повність складається з атомів германію та містить невеликий вміст домішки арсену (миш’яку). Атом арсену містить на зовнішньому енергетичному рівні 5 електронів. Атоми в напівпровіднику поєднані між собою ковалентними зв’язками. Участь у ковалентному зв’язку бере лише 4 електрони , а 5-ий залишається «вільним». Такі провідники називають провідниками n-типу ( n скорочення від слова «negative» , що означає заряд електрона), а домішки в ньому - донорними. Якщо до напівпровідника прикласти зовнішнє електричне поле , то ці електрони , які не беруть участі у ковалентному зв’язку, будуть переміщуватись разом із вільними носіями зарядів.

Необхідно також розглянути напівпровідники з іншими домішками. Наприклад , з домішками тривалентних елементів – індію , алюмінію або галію. При утворенні ковалентних зв’язків германію з індієм утворюються спільні електронні пари , але на зовнішньому енергетичному рівні індій містить 3 електрони , тому виникає недостача одного електрона і утворюється електронна вакансія (т.зв. ‘дірка’). Такі напівпровідники називають напівпровідниками p-типу , а домішки в ньому – акцепторними. При прикладенні до такого напівпровідника зовнішнього електричного поля виникає рух електронів від однієї електронної вакансії до іншої.

Слід зазначити , що електрони при цьому рухаються в одному напрямі , а електронні вакансії в іншому.

Ілюстрація описаного вище відображена у додатку 1.

2. Залежність опору напівпровідників від чистоти.

У напівпровідників , як і у діелектриків , домішки значно знижують їх опір. Тому домішкові напівпровідники знаходять широке застосування у сучасній техніці. Тепер слід розглянути залежність опору (і провідності) напівпровідників від температури. Для цього проведемо дослід. Нам знадобиться : напівпровідниковий термістор , омметр , термометр , посудина для нагрівання. Приєднуємо до термістора омметр і поміщаємо термістор у посудину. Тепер поступово будемо нагрівати напівпровідник , знімаючи при цьому покази термометра. Початковою температурою буде кімнатна температура. Під час нагрівання бачимо , що покази омметра зменшуються , тобто опір напівпровідника також зменшується. Провідність обернено пропорційно залежить від опру матеріалу , тому виходить , що з підвищенням температури провідність напівпровідника збільшується. Тоді виникає питання : чому провідність напівпровідників з підвищенням температури збільшується , а не зменшується , як це відбувається з провідниками?

Щоб відповісти на це питання потрібно розглянути молекулярну будову напівпровідників та процеси , що відбуваються в них з підвищенням температури. Енергія , яка необхідна для відриву електронів від атомів ,є меншою , ніж у діелектриків , а тому при нагріванні кількість рухомих носіїв заряду швидко зростає і опір при цьому зменшується. При охолодженні відбувається зворотній процес – опір зростає, провідність знижується і напівпровідники за своїми властивостями нагадують діелектрики. З цього можна зрозуміти , що явище надпровідності у напівпровідників відсутнє.

Дослід з впливу температури на провідність напівпровідників міститься у додатку 2.