Zgodnie z wartością rezystywności elektrycznej półprzewodniki zająć miejsce pośrednie między przewodnikami a dielektrykami. Półprzewodniki zawierają wiele pierwiastków chemicznych (german, krzem, selen, tellur, arsen itp.), ogromną liczbę stopów i związków chemicznych.

Jakościowa różnica między półprzewodnikami a metalami przejawia się przede wszystkim w zależności rezystywności od temperatury. Wraz ze spadkiem temperatury zmniejsza się odporność metali. W półprzewodnikach wręcz przeciwnie, wraz ze spadkiem temperatury rezystancja wzrasta i w pobliżu zera bezwzględnego stają się praktycznie izolatorami.

Rezystywność ρ czystego półprzewodnika w funkcji temperatury bezwzględnej T.

Półprzewodnikinazywane są substancjami, których rezystywność maleje wraz ze wzrostem temperatury.

Takie zachowanie zależności ρ(T) pokazuje, że koncentracja nośników ładunków swobodnych w półprzewodnikach nie pozostaje stała, ale rośnie wraz ze wzrostem temperatury. Mechanizm przepływu prądu elektrycznego w półprzewodnikach nie może być wyjaśniony w modelu gazu swobodnych elektronów. Wyjaśnienie zjawisk obserwowanych w przewodnikach jest możliwe na podstawie praw mechaniki kwantowej. Rozważmy jakościowo mechanizm przepływu prądu elektrycznego w półprzewodnikach na przykładzie germanu (Ge).

Atomy germanu mają w swojej zewnętrznej powłoce cztery luźno związane elektrony. Nazywają się elektrony walencyjne. W sieci krystalicznej każdy atom otoczony jest czterema najbliższymi sąsiadami. Wiązanie między atomami w krysztale germanu to kowalencyjny, czyli przeprowadzane przez pary elektronów walencyjnych. Każdy elektron walencyjny należy do dwóch atomów.

Elektrony walencyjne w krysztale germanu są znacznie silniej związane z atomami niż w metalach; dlatego koncentracja elektronów przewodzących w temperaturze pokojowej w półprzewodnikach jest o wiele rzędów wielkości niższa niż w metalach. W pobliżu temperatury zera absolutnego w krysztale germanu wszystkie elektrony biorą udział w tworzeniu wiązań. Taki kryształ nie przewodzi prądu. Wraz ze wzrostem temperatury niektóre elektrony walencyjne mogą uzyskać wystarczającą ilość energii do zerwania wiązań kowalencyjnych. Wtedy kryształ będzie miałwolne elektrony(elektrony przewodzące). Jednocześnie w miejscach zerwania wiązań powstają wolne miejsca, które nie są zajęte przez elektrony.

Wakaty, które nie są zajęte przez elektrony, nazywane są dziury.

Wolne miejsce może zająć elektron walencyjny z sąsiedniej pary, wtedy dziura przesunie się w nowe miejsce w krysztale. Przy danej temperaturze półprzewodnika pewna ilość pary elektron-dziura.

W tym samym czasie zachodzi proces odwrotny - kiedy swobodny elektron napotyka dziurę, wiązanie elektronowe między atomami germanu zostaje przywrócone. Ten proces nazywa się rekombinacja.

Rekombinacja -przywrócenie wiązania elektronowego między atomami.

Pary elektron-dziura mogą być również wytwarzane, gdy półprzewodnik jest oświetlony energią promieniowania elektromagnetycznego.

W przypadku braku pola elektrycznego elektrony przewodzące i dziury uczestniczą w chaotycznym ruchu termicznym.

Jeśli półprzewodnik zostanie umieszczony w polu elektrycznym, to w uporządkowanym ruchu biorą udział nie tylko swobodne elektrony, ale także dziury, które zachowują się jak cząstki naładowane dodatnio. Dlatego obecny I w półprzewodniku składa się z elektroniki W i dziura Ip prądy: I = W + Ip

Prąd elektryczny w półprzewodnikachnazwany ukierunkowanym ruchem elektronów na biegun dodatni, a dziur na biegun ujemny.

Stężenie elektronów przewodzących w półprzewodniku jest równe koncentracji dziur: n n = np. Mechanizm przewodnictwa elektronowo-dziurowego przejawia się tylko w czystych (czyli pozbawionych zanieczyszczeń) półprzewodnikach. Nazywa się to własna przewodność elektryczna półprzewodniki.

Własna przewodność elektryczna półprzewodniki nazywane są mechanizmem przewodnictwa elektronowo-dziurowego, który przejawia się tylko w czystych (czyli bez zanieczyszczeń) półprzewodnikach.

W obecności zanieczyszczeń przewodność elektryczna półprzewodników znacznie się zmienia.

przewodność zanieczyszczeńzwany przewodnictwem półprzewodników w obecności zanieczyszczeń.

Warunkiem koniecznym gwałtownego spadku rezystywności półprzewodnika po wprowadzeniu zanieczyszczeń jest różnica między wartościowością atomów zanieczyszczeń a wartościowością głównych atomów kryształu.

Istnieją dwa rodzaje przewodzenia nieczystości - elektroniczny oraz otwór przewodność.

1. Przewodność elektronowa występuje, gdy wstrzykiwany jest kryształ półprzewodnikowy domieszka o wyższej wartościowości.

Na przykład pięciowartościowe atomy arsenu, As, wprowadza się do kryształu germanu z czterowartościowymi atomami.

Rysunek przedstawia pięciowartościowy atom arsenu w siatkowej części germanu. Cztery elektrony walencyjne atomu arsenu biorą udział w tworzeniu wiązań kowalencyjnych z czterema sąsiednimi atomami germanu. Piąty elektron walencyjny okazał się zbędny; łatwo odrywa się od atomu arsenu i staje się wolny. Atom, który utracił elektron, zamienia się w jon dodatni znajdujący się w miejscu w sieci krystalicznej.

Nieczystość dawcy- nazwany zanieczyszczeniem atomów o wartościowości przekraczającej wartościowość głównych atomów kryształu półprzewodnikowego.

W wyniku jego wprowadzenia w krysztale pojawia się znaczna liczba wolnych elektronów. Prowadzi to do gwałtownego spadku rezystywności półprzewodnika - tysiące, a nawet miliony razy. Rezystywność przewodnika o dużej zawartości zanieczyszczeń może zbliżyć się do rezystywności przewodnika metalicznego.

W krysztale germanu z domieszką arsenu znajdują się elektrony i dziury odpowiedzialne za wewnętrzne przewodnictwo kryształu. Ale głównym rodzajem nośników ładunków swobodnych są elektrony oderwane od atomów arsenu. W takim krysztale n n >> np.

Przewodnictwo, w którym większość nośników ładunków swobodnych stanowią elektrony, nazywa się elektroniczny.

Półprzewodnik, który wykazuje przewodnictwo elektryczne, nazywa się półprzewodnik typu n.

1. przewodzenie otworów występuje, gdy zanieczyszczenie z niższa wartościowość.

Na przykład trójwartościowe atomy In są wprowadzane do kryształu germanu.

Rysunek przedstawia atom indu, który za pomocą swoich elektronów walencyjnych utworzył wiązania kowalencyjne tylko z trzema sąsiednimi atomami germanu. Atom indu nie ma elektronu, aby utworzyć wiązanie z czwartym atomem germanu. Ten brakujący elektron może zostać wychwycony przez atom indu z wiązania kowalencyjnego sąsiednich atomów germanu. W tym przypadku atom indu zamienia się w jon ujemny znajdujący się w miejscu sieci krystalicznej, a w wiązaniu kowalencyjnym sąsiednich atomów powstaje wakat.

Zanieczyszczenia akceptora -o nazwieDomieszka atomów o wartościowości mniejszej niż wartościowość głównych atomów kryształu półprzewodnikowego zdolnego do wychwytywania elektronów.

W wyniku wprowadzenia do kryształu zanieczyszczenia akceptorowego dochodzi do zerwania wielu wiązań kowalencyjnych i powstania wolnych miejsc (dziur). Elektrony mogą przeskakiwać do tych miejsc z sąsiednich wiązań kowalencyjnych, co prowadzi do przypadkowego błądzenia dziur po krysztale.

Obecność zanieczyszczenia akceptorowego znacznie zmniejsza rezystywność półprzewodnika z powodu pojawienia się dużej liczby wolnych otworów. Stężenie dziur w półprzewodniku z domieszką akceptorową znacznie przewyższa stężenie elektronów, które powstały w wyniku mechanizmu samoistnej przewodności elektrycznej półprzewodnika: np >> n n.

Przewodnictwo, w którym otwory są większością bezpłatnych nośników, nazywa się przewodność otworów.

Nazywa się półprzewodnik z przewodnością dziurową półprzewodnik typu p.

Należy podkreślić, że przewodność dziur jest w rzeczywistości spowodowana ruchem elektronów przez wakaty z jednego atomu germanu do drugiego, które tworzą wiązanie kowalencyjne.

Zależność przewodności elektrycznej półprzewodników od temperatury i oświetlenia

1. Do półprzewodników o rosnącej temperaturze ruchliwość elektronów i dziur maleje, ale nie odgrywa to znaczącej roli, ponieważ gdy półprzewodnik jest podgrzewany, kinetyka energia elektronów walencyjnych wzrasta i poszczególne wiązania pękają, co prowadzi do wzrostu liczby wolnych elektronów, czyli wzrostu przewodności elektrycznej.

1. Gdy świeci półprzewodnik, pojawiają się w nim dodatkowe nośniki, któreprowadzi do wzrostu jego przewodności elektrycznej.Dzieje się tak w wyniku tego, że światło wyciąga elektrony z atomu i jednocześnie zwiększa się liczba elektronów i dziur.

Półprzewodniki to klasa substancji, w których wraz ze wzrostem temperatury wzrasta przewodnictwo i maleje opór elektryczny. Te półprzewodniki zasadniczo różnią się od metali.

Typowymi półprzewodnikami są kryształy germanu i krzemu, w których atomy są połączone wiązaniem kowalencyjnym. Półprzewodniki mają wolne elektrony w dowolnej temperaturze. Swobodne elektrony pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego mogą poruszać się w krysztale, wytwarzając prąd przewodnictwa elektronicznego. Usunięcie elektronu z zewnętrznej powłoki jednego z atomów sieci krystalicznej prowadzi do przekształcenia tego atomu w jon dodatni. Jon ten można zneutralizować, wychwytując elektron z jednego z sąsiednich atomów. Dalej, w wyniku przejść elektronów z atomów do jonów dodatnich, zachodzi proces chaotycznego ruchu w krysztale miejsca z brakującym elektronem. Zewnętrznie proces ten jest postrzegany jako ruch dodatniego ładunku elektrycznego, zwanego otwór.

Po umieszczeniu kryształu w polu elektrycznym następuje uporządkowany ruch dziur - prąd przewodzący dziury.

W idealnym krysztale półprzewodnikowym prąd elektryczny powstaje w wyniku ruchu równej liczby ujemnie naładowanych elektronów i dodatnio naładowanych dziur. Przewodnictwo w idealnych półprzewodnikach nazywa się przewodnością samoistną.

Właściwości półprzewodników w dużym stopniu zależą od zawartości zanieczyszczeń. Zanieczyszczenia są dwojakiego rodzaju - dawcy i akceptora.

Zanieczyszczenia, które oddają elektrony i wytwarzają przewodnictwo elektronowe, nazywane są dawca(zanieczyszczenia o wartościowości większej niż główny półprzewodnik). Półprzewodniki, w których koncentracja elektronów przekracza koncentrację dziur, nazywamy półprzewodnikami typu n.

Nazywa się zanieczyszczenia, które wychwytują elektrony, a tym samym tworzą ruchome dziury bez zwiększania liczby elektronów przewodzących akceptor(zanieczyszczenia o wartościowości mniejszej niż główny półprzewodnik).

W niskich temperaturach dziury są głównymi nośnikami prądu w krysztale półprzewodnikowym z zanieczyszczeniem akceptorowym, a elektrony nie są głównymi nośnikami. Półprzewodniki, w których koncentracja dziur przekracza koncentrację elektronów przewodzących, nazywane są półprzewodnikami dziurowymi lub półprzewodnikami typu p. Rozważ kontakt dwóch półprzewodników o różnych rodzajach przewodności.

Wzajemna dyfuzja większości nośników następuje przez granicę tych półprzewodników: elektrony dyfundują z n-półprzewodnika do p-półprzewodnika, a dziury z p-półprzewodnika do n-półprzewodnika. W rezultacie odcinek n-półprzewodnika sąsiadujący ze stykiem zostanie zubożony w elektrony i powstanie w nim nadmierny ładunek dodatni z powodu obecności nagich jonów zanieczyszczeń. Ruch dziur od p-półprzewodnika do n-półprzewodnika prowadzi do pojawienia się nadmiaru ładunku ujemnego w obszarze brzegowym p-półprzewodnika. W efekcie powstaje podwójna warstwa elektryczna i powstaje kontaktowe pole elektryczne, które zapobiega dalszej dyfuzji głównych nośników ładunku. Ta warstwa nazywa się zamykający.

Zewnętrzne pole elektryczne wpływa na przewodnictwo elektryczne warstwy barierowej. Jeśli półprzewodniki są podłączone do źródła, jak pokazano na ryc. 55, to pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego, główne nośniki ładunku - elektrony swobodne w n-półprzewodniku i dziury w p-półprzewodniku - przesuną się do siebie do granicy półprzewodników, natomiast grubość pn złącze maleje, dlatego zmniejsza się jego rezystancja. W takim przypadku siła prądu jest ograniczona przez opór zewnętrzny. Ten kierunek zewnętrznego pola elektrycznego nazywa się bezpośrednim. Bezpośrednie połączenie złącza p-n odpowiada sekcji 1 na charakterystyce prądowo-napięciowej (patrz rys. 57).

Nośniki prądu elektrycznego w różnych mediach oraz charakterystyki prądowo-napięciowe zestawiono w tabeli. jeden.

Jeśli półprzewodniki są podłączone do źródła, jak pokazano na ryc. 56, wtedy elektrony w n-półprzewodniku i dziury w p-półprzewodniku przesuną się pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego od granicy w przeciwnych kierunkach. Zwiększa się grubość warstwy barierowej, a tym samym jej odporność. Z tym kierunkiem zewnętrznego pola elektrycznego - odwrotnego (blokującego) przez interfejs przechodzą tylko mniejszościowe nośniki ładunku, których stężenie jest znacznie mniejsze niż główne, a prąd jest praktycznie zerowy. Odwrotne włączenie złącza pn odpowiada sekcji 2 na charakterystyce prądowo-napięciowej (ryc. 57).

W półprzewodnikach jest to ukierunkowany ruch dziur i elektronów, na który wpływa pole elektryczne.

W wyniku przeprowadzonych eksperymentów zauważono, że prądowi elektrycznemu w półprzewodnikach nie towarzyszy transfer materii – nie ulegają one żadnym przemianom chemicznym. Tak więc elektrony można uznać za nośniki prądu w półprzewodnikach.

Można określić zdolność materiału do wytwarzania w nim prądu elektrycznego.Według tego wskaźnika przewodniki zajmują pozycję pośrednią między przewodnikami a dielektrykami. Półprzewodniki to różnego rodzaju minerały, niektóre metale, siarczki metali itp. Prąd elektryczny w półprzewodnikach powstaje w wyniku koncentracji wolnych elektronów, które mogą poruszać się w substancji w określonym kierunku. Porównując metale i przewodniki, można zauważyć, że istnieje różnica między wpływem temperatury na ich przewodnictwo. Wzrost temperatury prowadzi do spadku W półprzewodnikach wzrasta wskaźnik przewodnictwa. Jeśli temperatura w półprzewodniku wzrośnie, ruch swobodnych elektronów będzie bardziej chaotyczny. Wynika to ze wzrostu liczby kolizji. Jednak w półprzewodnikach, w porównaniu z metalami, znacznie wzrasta koncentracja wolnych elektronów. Czynniki te mają odwrotny wpływ na przewodnictwo: im więcej zderzeń, tym niższe przewodnictwo, im większe stężenie, tym wyższe. W metalach nie ma związku między temperaturą a koncentracją swobodnych elektronów, tak że wraz ze zmianą przewodności wraz ze wzrostem temperatury możliwość uporządkowanego ruchu swobodnych elektronów tylko maleje. W przypadku półprzewodników efekt zwiększenia stężenia jest wyższy. Zatem im bardziej wzrośnie temperatura, tym większa będzie przewodność.

Istnieje związek między ruchem nośników ładunku a takim pojęciem, jak prąd elektryczny w półprzewodnikach. W półprzewodnikach wygląd nośników ładunku charakteryzuje się różnymi czynnikami, wśród których szczególnie ważna jest temperatura i czystość materiału. Ze względu na czystość półprzewodniki dzielą się na zanieczyszczenia i samoistne.

Jeśli chodzi o przewodnik samoistny, wpływ zanieczyszczeń w określonej temperaturze nie może być dla nich uważany za istotny. Ponieważ przerwa wzbroniona w półprzewodnikach jest niewielka, w półprzewodniku samoistnym, gdy temperatura osiąga, pasmo walencyjne jest całkowicie wypełnione elektronami. Ale pasmo przewodnictwa jest całkowicie bezpłatne: nie ma w nim przewodności elektrycznej i działa jako doskonały dielektryk. W innych temperaturach istnieje możliwość, że podczas fluktuacji termicznych niektóre elektrony pokonają barierę potencjału i znajdą się w paśmie przewodnictwa.

Efekt Thomsona

Zasada działania termoelektrycznego efektu Thomsona: gdy prąd elektryczny przepływa przez półprzewodniki, wzdłuż których występuje gradient temperatury, oprócz ciepła Joule'a, dodatkowe ilości ciepła zostaną w nich uwolnione lub pochłonięte, w zależności od kierunku, w którym prąd przepływy.

Niewystarczająco równomierne nagrzanie próbki o jednorodnej strukturze wpływa na jej właściwości, w wyniku czego substancja staje się niejednorodna. Tak więc zjawisko Thomsona jest specyficznym zjawiskiem Pelte. Jedyna różnica polega na tym, że to nie skład chemiczny próbki jest inny, ale mimośród temperatury powoduje tę niejednorodność.

W tej lekcji rozważymy takie medium dla przepływu prądu elektrycznego jak półprzewodniki. Rozważymy zasadę ich przewodnictwa, zależność tego przewodnictwa od temperatury i obecności zanieczyszczeń, rozważymy takie pojęcie jak złącze p-n i podstawowe urządzenia półprzewodnikowe.

Jeśli wykonasz bezpośrednie połączenie, wówczas pole zewnętrzne zneutralizuje blokujące, a prąd zostanie wykonany przez główne nośniki ładunku (ryc. 9).

Ryż. 9. Złącze p-n z bezpośrednim połączeniem ()

W tym przypadku prąd przewoźników mniejszościowych jest znikomy, praktycznie nie istnieje. Dlatego złącze p-n zapewnia jednokierunkowe przewodzenie prądu elektrycznego.

Ryż. 10. Struktura atomowa krzemu ze wzrostem temperatury

Przewodnictwo półprzewodników to dziura elektronowa, a takie przewodzenie nazywa się przewodnictwem samoistnym. I w przeciwieństwie do metali przewodzących, wraz ze wzrostem temperatury liczba wolnych ładunków po prostu wzrasta (w pierwszym przypadku się nie zmienia), dlatego przewodnictwo półprzewodników wzrasta wraz ze wzrostem temperatury, a rezystancja maleje (ryc. 10).

Bardzo ważnym zagadnieniem w badaniach półprzewodników jest obecność w nich zanieczyszczeń. A w przypadku obecności zanieczyszczeń należy mówić o przewodności zanieczyszczeń.

Półprzewodniki

Niewielkie rozmiary i bardzo wysoka jakość przesyłanych sygnałów sprawiły, że urządzenia półprzewodnikowe są bardzo popularne we współczesnej technice elektronicznej. W skład takich urządzeń może wchodzić nie tylko wspomniany wcześniej krzem z zanieczyszczeniami, ale także np. german.

Jednym z tych urządzeń jest dioda - urządzenie zdolne do przepuszczania prądu w jednym kierunku i zapobiegania jego przejściu w drugim. Uzyskuje się go poprzez wszczepienie innego rodzaju półprzewodnika do kryształu półprzewodnikowego typu p lub n (ryc. 11).

Ryż. 11. Oznaczenie diody odpowiednio na schemacie i schemacie jej urządzenia

Kolejne urządzenie, teraz z dwoma złączami p-n, nazywa się tranzystorem. Służy nie tylko do wyboru kierunku przepływu prądu, ale także do jego konwersji (ryc. 12).

Ryż. 12. Schemat struktury tranzystora i jego oznaczenie odpowiednio w obwodzie elektrycznym ()

Należy zauważyć, że nowoczesne mikroukłady wykorzystują wiele kombinacji diod, tranzystorów i innych urządzeń elektrycznych.

W następnej lekcji przyjrzymy się propagacji prądu elektrycznego w próżni.

Bibliografia

1. Tichomirowa S.A., Yavorsky B.M. Fizyka (poziom podstawowy) - M.: Mnemozina, 2012.
2. Gendenstein LE, Dick Yu.I. Fizyka klasa 10. - M.: Ileksa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizyka. Elektrodynamika. - M.: 2010.

1. Zasady działania urządzeń ().
2. Encyklopedia Fizyki i Technologii ().

Praca domowa

1. Co powoduje elektrony przewodzące w półprzewodniku?
2. Co to jest przewodność wewnętrzna półprzewodnika?
3. Jak przewodnictwo półprzewodnika zależy od temperatury?
4. Jaka jest różnica między zanieczyszczeniem dawcy a zanieczyszczeniem akceptora?
5. * Jaka jest przewodność krzemu z domieszką a) galu b) indu c) fosforu d) antymonu?

Półprzewodniki zawierają wiele pierwiastków chemicznych (german, krzem, selen, tellur, arsen itp.), ogromną liczbę stopów i związków chemicznych. Prawie wszystkie nieorganiczne substancje otaczającego nas świata to półprzewodniki. Najpopularniejszym półprzewodnikiem w przyrodzie jest krzem, który stanowi około 30% skorupy ziemskiej.

Jakościowa różnica między półprzewodnikami a metalami przejawia się w: zależność rezystywności od temperatury(rys.9.3)

Model pasmowy przewodności elektronowo-dziurowej półprzewodników

Podczas formowania się ciał stałych możliwa jest sytuacja, w której pasmo energii wynikające z poziomów energii elektronów walencyjnych atomów początkowych okazuje się całkowicie wypełnione elektronami, a najbliższe poziomy energii dostępne do wypełnienia elektronami są oddzielone od pasmo walencyjne E V przedział nierozwiązanych stanów energetycznych - tzw zakazana strefa Np.Powyżej przerwy energetycznej znajduje się strefa stanów energetycznych dozwolonych dla elektronów - pasmo przewodnictwa Ec.

Pasmo przewodnictwa przy 0 K jest całkowicie wolne, podczas gdy pasmo walencyjne jest całkowicie zajęte. Podobne struktury pasmowe są charakterystyczne dla krzemu, germanu, arsenku galu (GaAs), fosforku indu (InP) i wielu innych półprzewodnikowych ciał stałych.

Wraz ze wzrostem temperatury półprzewodników i dielektryków elektrony są w stanie odbierać dodatkową energię związaną z ruchem termicznym. kT. Dla niektórych elektronów energia ruchu termicznego jest wystarczająca do przejścia od pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, gdzie elektrony pod działaniem zewnętrznego pola elektrycznego mogą poruszać się niemal swobodnie.

W tym przypadku, w obwodzie z materiałem półprzewodnikowym wraz ze wzrostem temperatury półprzewodnika wzrasta prąd elektryczny. Prąd ten jest związany nie tylko z ruchem elektronów w paśmie przewodnictwa, ale także z pojawieniem się luki w elektronach, które weszły w pasmo przewodnictwa w paśmie walencyjnym tzw dziury . Wolne miejsce może zająć elektron walencyjny z sąsiedniej pary, wtedy dziura przesunie się w nowe miejsce w krysztale.

Jeśli półprzewodnik zostanie umieszczony w polu elektrycznym, to w uporządkowanym ruchu biorą udział nie tylko swobodne elektrony, ale także dziury, które zachowują się jak cząstki naładowane dodatnio. Dlatego obecny I w półprzewodniku składa się z elektroniki W i dziura Ip prądy: I= W+ Ip.

Mechanizm przewodnictwa elektronowo-dziurowego przejawia się tylko w czystych (tj. bez zanieczyszczeń) półprzewodnikach. Nazywa się to własna przewodność elektryczna półprzewodniki. Elektrony są wrzucane do pasma przewodnictwa z Poziom Fermiego, który okazuje się znajdować we własnym półprzewodniku w środku zakazanej strefy(rys. 9.4).

Możliwa jest znaczna zmiana przewodnictwa półprzewodników poprzez wprowadzenie do nich bardzo małych ilości zanieczyszczeń. W metalach zanieczyszczenie zawsze zmniejsza przewodność. Tak więc dodanie 3% atomów fosforu do czystego krzemu zwiększa przewodność elektryczną kryształu 105 razy.

Niewielki dodatek domieszki do półprzewodnika zwany dopingiem.

Warunkiem koniecznym gwałtownego spadku rezystywności półprzewodnika po wprowadzeniu zanieczyszczeń jest różnica między wartościowością atomów zanieczyszczeń a wartościowością głównych atomów kryształu. Nazywa się przewodnictwo półprzewodników w obecności zanieczyszczeń przewodność zanieczyszczeń .

Wyróżnić dwa rodzaje przewodzenia zanieczyszczeń – elektroniczny oraz otwór przewodność. Przewodność elektronowa występuje, gdy pięciowartościowe atomy (na przykład arsen, As) są wprowadzane do kryształu germanu z czterowartościowymi atomami (ryc. 9.5).

Cztery elektrony walencyjne atomu arsenu biorą udział w tworzeniu wiązań kowalencyjnych z czterema sąsiednimi atomami germanu. Piąty elektron walencyjny okazał się zbędny. Łatwo odrywa się od atomu arsenu i staje się wolny. Atom, który utracił elektron, zamienia się w jon dodatni znajdujący się w miejscu w sieci krystalicznej.

Domieszka atomów o wartościowości większej niż wartościowość głównych atomów kryształu półprzewodnikowego nazywa się zanieczyszczenie dawcy . W wyniku jego wprowadzenia w krysztale pojawia się znaczna liczba wolnych elektronów. Prowadzi to do gwałtownego spadku rezystywności półprzewodnika - tysiące, a nawet miliony razy.

Rezystywność przewodnika o dużej zawartości zanieczyszczeń może zbliżyć się do rezystywności przewodnika metalicznego. Taka przewodność, ze względu na wolne elektrony, nazywana jest elektroniką, a półprzewodnik o przewodności elektronicznej to półprzewodnik typu n.

przewodzenie otworów występuje, gdy trójwartościowe atomy są wprowadzane do kryształu germanu, na przykład atomy indu (ryc. 9.5)

Rysunek 6 pokazuje atom indu, który utworzył wiązania kowalencyjne tylko z trzema sąsiednimi atomami germanu przy użyciu swoich elektronów walencyjnych. Atom indu nie ma elektronu, aby utworzyć wiązanie z czwartym atomem germanu. Ten brakujący elektron może zostać wychwycony przez atom indu z wiązania kowalencyjnego sąsiednich atomów germanu. W tym przypadku atom indu zamienia się w jon ujemny znajdujący się w miejscu sieci krystalicznej, a w wiązaniu kowalencyjnym sąsiednich atomów powstaje wakat.

Nazywa się domieszkę atomów zdolnych do wychwytywania elektronów zanieczyszczenie akceptora . W wyniku wprowadzenia zanieczyszczenia akceptorowego dochodzi do zerwania wielu wiązań kowalencyjnych w krysztale i powstania wolnych miejsc (dziur). Elektrony mogą przeskakiwać do tych miejsc z sąsiednich wiązań kowalencyjnych, co prowadzi do przypadkowego błądzenia dziur po krysztale.

Stężenie dziur w półprzewodniku z domieszką akceptorową znacznie przewyższa stężenie elektronów, które powstały w wyniku mechanizmu samoistnej przewodności elektrycznej półprzewodnika: np>> n n. Ten rodzaj przewodzenia nazywa się przewodność otworów . Nazywa się półprzewodnik z domieszką o przewodności dziurowej półprzewodnik typu p . Główne nośniki bezpłatnych ładunków w półprzewodnikach p-typ to dziury.

Przejście elektron-dziura. Diody i tranzystory

W nowoczesnej technologii elektronicznej urządzenia półprzewodnikowe odgrywają wyjątkową rolę. W ciągu ostatnich trzech dekad prawie całkowicie zastąpiły urządzenia elektropróżniowe.

Każde urządzenie półprzewodnikowe ma jedno lub więcej połączeń elektron-dziura. . Przejście elektron-dziura (lub n–p-przemiana) - jest to obszar styku dwóch półprzewodników o różnych rodzajach przewodności.

Na granicy półprzewodników (ryc. 9.7) powstaje podwójna warstwa elektryczna, której pole elektryczne zapobiega procesowi dyfuzji elektronów i dziur do siebie.

Umiejętność n–p-przejście do przepuszczania prądu prawie tylko w jednym kierunku jest stosowane w urządzeniach zwanych diody półprzewodnikowe. Diody półprzewodnikowe wykonane są z kryształów krzemu lub germanu. Podczas ich wytwarzania zanieczyszczenie topi się w kryształ o określonym typie przewodnictwa, który zapewnia inny typ przewodnictwa.

Rysunek 9.8 pokazuje typową charakterystykę woltamperową diody krzemowej.

Nazywa się urządzenia półprzewodnikowe z nie jednym, ale dwoma złączami n-p tranzystory . Tranzystory są dwojakiego rodzaju: p–n–p-tranzystory i n–p–n-tranzystory. w tranzystorze n–p–n-Typ podstawowa płyta germanowa jest przewodząca; p-typ, a dwa regiony na nim utworzone - przez przewodnictwo n-typ (rysunek 9.9).

w tranzystorze p–n–p- jest na odwrót. Płyta tranzystora nazywa się baza(B), jeden z regionów o przeciwnym typie przewodności - kolektor(K), a drugi - emiter(MI).