2. Чистые полупроводники
Чистые полупроводники – это полупроводники, обладающие собственной проводимостью, возникающей в результате разрыва ковалентных связей в чистом полупроводнике.
Рассмотрим кристалл кремния.
У атома кремния на внешней оболочке имеется 4 валентных электрона. В твердом состоянии это вещество имеет кристаллическую решетку, в которой каждый атом имеет четыре ближайших соседа. Связь между соседними атомами ковалентная, т.е. два соседних атома объединяют два своих валентных электрона.
При низких температурах электроны связаны с атомами, а при повышении температуры отдельные электроны могут получить избыточную энергию для отрыва от атома. Появляются свободные электроны, а в оболочке атома полупроводник остается свободное место, которое принято называть «дыркой». Атом приобретает положительный заряд, который приписывают «дырке».
Нагревание полупроводника ведет к образованию подвижных носителей зарядов электронов и «дырок».
В полупроводнике электронно-дырочная проводимость.
Электрическим током в полупроводнике называется направленное движение электронов в положительному полюсу, а дырок к отрицательному полюсу (собственная проводимость).
3. Примесные полупроводник.
Примесные полупроводники, это полупроводники у которых электропроводимость обусловлена (возникает) внесением в их кристаллическую решетку примесей.
В зависимости от вида примесных центров возникает материал с электронной проводимостью (n - типа) или дырочной проводимостью (р - типа).
-
Примесные полупроводники n-типа.
Полупроводники (n - типа) имеют донорую примесь.
Донорная примесь – это примесь, отдающая свой лишний электрон, неучаствующий в создании ковалентной связи.
Например:
Введение примесных доноров – атомов с 5 внешними электронами (например, фосфора) в кристаллы кремния с 4 валентными электронами. При каждом атоме фосфора один электрон становится свободным, он лишний в ковалентной связи.
Полупроводники с донорными примесями обладают электронной проводимостью и называются полупроводниками n - типа.
-
Примесные полупроводники р -типа.
Полупроводники (р - типа) имеют акцепторную примесь.
Акцепторная примесь – это примесь, у которой не достает электронов до полной ковалентной связи с соседними атомами.
Например:
Введение примесных акцепторов – атомов с3внешними электронами в кристаллы кремния с4 внешними электронами, например индия, приводит к появлению дырок – место электрона остается не занятым. Эта дырка имеет такие же свойства, как и положительный носитель заряда.
Полупроводники с акцепторными примесями обладают дырочной проводимостью и называются полупроводниками р – типа.
Изменяя концентрацию примесей, можно значительно изменить число носителей зарядов того или иного знака. Благодаря этому можно создать полупроводники с преимущественной концентрацией либо отрицательно либо отрицательно заряженных носителей зарядов.
-
Р – n переход.
Электронно – дырочный переход представляет собой контакт между полупроводниками р и n типа.
Область полупроводника, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости от электронной n-типа к дырочной р-типа. В р-области слоя концентрация дырок гораздо выше, чем в n-типа, поэтому дырки из р-области стремятся проникнуть в n-область, а электроны из n-области в р-область. После ухода дырок из р-области в ней остаются отрицательно заряженные атомы – акцепторы, а после ухода электронов из n-области – положительно заряженные атомы – доноры. Так как акцепторы и доноры неподвижны, то в р-n-переходе образуется двойной пространственный заряд. Возникающее при этом поле противодействует дальнейшей диффузии зарядов.
Для самопроверки заполни таблицу:
|
вещество |
определение |
проводимость |
условие |
применение |
|
металл |
|
|
|
|
|
электролит |
|
|
|
|
|
газ |
|
|
|
|
|
вакуум |
|
|
|
|
|
Полупроводник: |
|
|
|
|
|
чистый |
|
|
|
|
|
донорный |
|
|
|
|
|
акцепторный |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|