Лекция-11

К полупроводниковым материалам относятся многие хим. элементы II VI

групп таблицы Менделеева (Si, Ge, As, Sb, S, Se, Ga, In и др.), а также многие окислы и соединения металлов, например: GaAs, InSb, CdTe, AlSb, GaP.

Сходство проводимости полупроводников и металлов состоит в том, что и

утех и у других она обусловлена перемещением электронов, т.е. не ионная.

Отличия проводимости полупроводников от проводимости металлов:

1) у полупроводников R ~T 1 , а у металлов R ~ T ;

2)в полупроводниках электрический ток - это направленное движение не только свободных, но и связанных (с атомами) электронов;

3)проводимость и сопротивление полупроводников очень сильно зависят от концентрации примесей в них.

115

Примесная проводимость. В природе нет идеально чистых веществ, а ис-

кусственная их очистка сложна и практически невозможна. Более того, в

электронике часто специально вводят в полупроводник инородные атомы

(примеси) с целью сообщения ему преимущественной проводимости либо n-

либо р-типа. Примеси, обогащающие полупровод-

цепторной примесью, - полупроводником р-типа. Например, для Ge (эле-

мента 4-й группы) донорными примесями являются элементы 5 6 групп

(As, P, Sb и др.), а акцепторными - элементы 2 3 групп (In, Ga и др.).

В полупроводниках p -типа основными носителями заряда (о.н.з.) явля-

ются "дырки", неосновными носителями заряда (н.н.з.) - электроны. В полу-

проводниках n -типа, наоборот: о.н.з. – электроны, н.н.з. - "дырки".

Незадействованные в химических связях валентные электроны атомов до-

норной примеси легко (в результате тепловых колебаний атомов) становятся свободными: всего 0,0001% примеси As увеличивает число свободных элек-

тронов в Ge в 1000 раз, при этом число "дырок" остаётся прежним (как до вве-

дения примеси). Именно вследствие сильной зависимости числа свободных носителей заряда от температуры сопротивление полупроводников (содержа-

щих примесь) уменьшается с ростом T (несмотря на увеличение при этом ве-

роятности столкновений свободных электронов с атомами полупроводника).

Замечание: Высокую зависимость сопротивления полупроводников от T ис-

пользуют для создания полупроводниковых термометров - термистеров, приёмная часть которых имеет размер всего ~ 0,1 мм. Преимущества термистеров: 1) точ-

ность измерений T равна 10 6 K ; 2) малая инерционность, что обеспечивает быстроту измерений; 3) возможность измерять T очень малых объектов в связи с малой собственной теплоёмкостью термистеров.

116

p - n переход. Полупроводниковый диод

При тесном контакте двух полупроводниковых образцов с разной прово-

димостью, вследствие диффузии носителей заряда, приграничный слой р-

электрическое поле Eвнутр препятствует дальнейшей диффузии основных но-

сителей заряда из одного образца в другой. Пограничный двойной электри-

ческий слой называют запирающим. Важным свойством запирающего слоя является возможность регулировать его толщину (а значит и электрическое сопротивление) с помощью внешнего поля Eвнеш .

Возможно двоякое подключение p-n перехода к источнику тока: прямое и

При прямом включении диода запирающий слой сужается и его со-

противление уменьшается. При определённом U, запирающий слой вообще исчезает и сила тока (обусловленного встречными потоками основных носителей заряда) через контакт лавинообразно нарастает.

117

118