1.5. Электрофизические свойства полупроводниковых материалов
К полупроводникам относят материалы, которые по величине удельной электрической проводимости занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Электропроводность полупроводников в значительной степени зависит от температуры и концентрации примесей, что объясняется особенностями их кристаллической структуры. Основными материалами, применяемыми в полупроводниковой электронике, являются четырехвалентные кремний (Si) и германий (Ge), а также бинарные соединения типа AIIIBV, например арсенид галлия GaAs.
Собственные и примесные полупроводники
Собственными полупроводниками, или полупроводниками типа i (от англ. intrinsic — собственный), называют полупроводники, кристаллическая решетка которых в идеальном случае не содержит примесных атомов другой валентности. В реальных условиях в кристаллической решетке полупроводника всегда существуют примеси, однако их концентрация столь ничтожна, что ею можно пренебречь. Атомы в кристаллической решетке полупроводника расположены упорядоченно на таких расстояниях друг от друга, что их внешние электронные оболочки перекрываются, и у электронов соседних атомов появляются общие орбиты, посредством которых образуются ковалентные связи. Если валентность атомов равна четырем, то вокруг каждого из атомов, помимо четырех собственных, вращаются еще четыре «чужих» электрона, вследствие чего вокруг атомов образуются прочные электронные оболочки, состоящие из восьми обобществленных валентных электронов, что иллюстрирует плоская модель кристаллической решетки, показанная на рис. 1.41. В узлах кристаллической решетки арсенида галлия чередуются пятивалентные атомы мышьяка и трехвалентные атомы галлия, вокруг которых также образуются электронные оболочки из восьми обобществленных электронов.
§ 5.2. Сплавы для термопар
Для изготовления термопар применяют следующие сплавы:
копель (44% Ni и 56% Сu);
алюмель (95% Ni, остальное — Al, Si и Mg);
хромель (90% Ni и 10% Сr);
платинородий (90% Pt и 10% Rh).
На рис. 5.1 приведены кривые зависимости термо-э. д. с. от разности температур горячего и холодного спаев для наиболее употребительных термопар.
Термопары могут применяться для измерения следующих температур:
а) платинородий – платина - до 1600о С;
б) м е д ь — к о н с т а н т а н и медь — копе л ь -— до 350о С;
в) ж е л е з о - к о н с т а н т а н, железо - копель и хромель - копель - до 600° С;
г) хромель - алюмель - до 900-1000° С.
Для измерения криогенных температур можно использовать термопару железо - золото.
Наибольшую термо-э. д. с. при данной разности температур можно получить от термопары хромель-копель. Для значений термо-э. д. с, данных на рис. 5.1, предполагается, что в холодном спае ток идет от первого названного в термопаре материала ко второму (т. е. от хромеля к копелю и т. д.), а в горячем спае - в обратном направлении.
Значительными коэффициентами термо-э. д. с. обладают некоторые полупроводниковые материалы, которые, в частности, могут использоваться для изготовления термоэлектрических генераторов (см. ч. II).