16. 1. Вопросы

1. Что такое полупроводниковый материал?

2. Дайте определения следующим терминам:

а. Ковалентная связь.

б. Отрицательный температурный коэффициент сопро­тивления.

3. Почему кремний и германий считаются полупроводни­ковыми материалами?

4. Почему кремний предпочтительней германия?

16. 2. ПРОВОДИМОСТЬ В ЧИСТОМ ГЕРМАНИИ И КРЕМНИИ

Электрическая активность полупроводниковых мате­риалов сильно зависит от температуры. При крайне низ­ких температурах валентные электроны сильно связаны с атомами ковалентными связями. Поскольку эти вален­тные электроны не способны дрейфовать, материал не может проводить электрический ток. Кристаллы герма­ния и кремния при низких температурах являются изо­ляторами.

При повышении температуры валентные электроны приобретают дополнительную энергию. Некоторые электро­ны разрывают ковалентные связи и хаотично дрейфуют от атома к атому. Эти свободные электроны в состоянии под­держивать небольшой электрический ток, если приложено

напряжение. При комнатной температуре тепловой энер­гии достаточно для того, чтобы создать небольшое коли­чество свободных электронов и поддержать небольшой ток. При увеличении температуры материал начинает приобре­тать характеристики проводника. Но только при очень вы­соких температурах кремний проводит ток, как обычный проводник. Обычно, при нормальных условиях эксплуата­ции такие высокие температуры не встречаются.

Когда электрон разрывает ковалентную связь и ухо­дит от атома, пространство, которое он занимал преж­де, называют дыркой (рис. 19-4). Как отмечалось в гла­ве 2, дырка — это просто отсутствие электрона. Посколь­ку электрон имеет отрицательный заряд, его отсутствие представляет собой потерю отрицательного заряда, и, следовательно, дырка может считаться положительно за­ряженной частицей. Если электрон перемещается от од­ной валентной оболочки к другой, он оставляет за собой дырку. Если это движение непрерывно, то дырка движет­ся в направлении, противоположном направлению движе­ния электрона.

Каждый электрон и соответствующая ему дырка назы­ваются электронно-дырочной парой. Количество электрон­но-дырочных пар увеличивается при увеличении темпера-

Рис. 19-4. Дырка обра­зуется, когда электрон разрывает свою кова­лентную связь.

Рис. 19-5. Ток в чи­сто полупроводни­ковом материале.

О*	0—
нэ	(О-*- —О

u

|*|ф

туры. При комнатной температуре существует небольшое количество электронно-дырочных пар.

Когда к чистому полупроводниковому материалу при­ложено напряжение, свободные электроны притягивают­ся к положительному выводу источника тока (рис. 19-5). Дырки, созданные движением свободных электронов, дрей­фуют по направлению к отрицательному выводу. Сколько электронов втекает в положительный вывод, столько же электронов покидает отрицательный вывод источника. После рекомбинации электроны и дырки перестают суще­ствовать.

Короче говоря, дырки постоянно дрейфуют по направ­лению к отрицательному выводу источника тока. Элект­роны всегда движутся по направлению к положительному выводу. Ток, текущий через полупроводник, состоит из движения и электронов, и дырок. Величина тока опреде­ляется количеством электронно-дырочных пар в материа­ле. Способность поддерживать ток увеличивается при уве­личении температуры материала.