Podľa hodnoty elektrického odporu polovodičov obsadiť medziľahlé miesto medzi vodičmi a dielektrikom. Polovodiče zahŕňajú mnoho chemických prvkov (germánium, kremík, selén, telúr, arzén atď.), obrovské množstvo zliatin a chemických zlúčenín.

Kvalitatívny rozdiel medzi polovodičmi a kovmi sa prejavuje predovšetkým v závislosti rezistivity od teploty. S klesajúcou teplotou klesá odolnosť kovov. Naopak, v polovodičoch s klesajúcou teplotou odpor rastie a v blízkosti absolútnej nuly sa prakticky stávajú izolantmi.

Odpor ρ čistého polovodiča ako funkcia absolútnej teploty T.

Polovodičesa nazývajú látky, ktorých merný odpor s rastúcou teplotou klesá.

Takéto správanie závislosti ρ(T) ukazuje, že koncentrácia voľných nosičov náboja v polovodičoch nezostáva konštantná, ale rastie so zvyšujúcou sa teplotou. Mechanizmus elektrického prúdu v polovodičoch nie je možné vysvetliť v rámci modelu voľného elektrónového plynu. Vysvetlenie javov pozorovaných vo vodičoch je možné na základe zákonov kvantovej mechaniky. Uvažujme kvalitatívne mechanizmus elektrického prúdu v polovodičoch s použitím germánia (Ge) ako príkladu.

Atómy germánia majú vo svojom vonkajšom obale štyri voľne viazané elektróny. Volajú sa valenčné elektróny. V kryštálovej mriežke je každý atóm obklopený štyrmi najbližšími susedmi. Väzba medzi atómami v kryštáli germánia je kovalentný, teda uskutočňované pármi valenčných elektrónov. Každý valenčný elektrón patrí dvom atómom.

Valenčné elektróny v kryštáli germánia sú oveľa silnejšie viazané na atómy ako v kovoch; preto je koncentrácia vodivých elektrónov pri izbovej teplote v polovodičoch o mnoho rádov nižšia ako v kovoch. Pri teplote blízkej absolútnej nule v kryštáli germánia sa všetky elektróny podieľajú na vytváraní väzieb. Takýto kryštál nevedie elektrický prúd. Keď teplota stúpa, niektoré valenčné elektróny môžu získať dostatok energie na prerušenie kovalentných väzieb. Potom bude mať kryštálvoľných elektrónov(vodivé elektróny). Zároveň sa v miestach prerušenia väzby vytvárajú voľné miesta, ktoré nie sú obsadené elektrónmi.

Volné miesta, ktoré nie sú obsadené elektrónmi, sa nazývajú diery.

Voľné miesto môže obsadiť valenčný elektrón zo susedného páru, potom sa diera presunie na nové miesto v kryštáli. Pri danej teplote polovodiča určité množstvo páry elektrón-diera.

Súčasne prebieha opačný proces - keď sa voľný elektrón stretne s dierou, elektrónová väzba medzi atómami germánia sa obnoví. Tento proces sa nazýva rekombinácia.

Rekombinácia -obnovenie elektronickej väzby medzi atómami.

Páry elektrón-diera môžu byť vytvorené aj vtedy, keď je polovodič osvetlený energiou elektromagnetického žiarenia.

V neprítomnosti elektrického poľa sa vodivé elektróny a diery podieľajú na chaotickom tepelnom pohybe.

Ak je polovodič umiestnený v elektrickom poli, potom sa na usporiadanom pohybe podieľajú nielen voľné elektróny, ale aj otvory, ktoré sa správajú ako kladne nabité častice. Preto prúd ja v polovodiči sa skladá z elektroniky Ja n a diera IP prúdy: ja = Ja n + IP

Elektrický prúd v polovodičochnazývaný riadený pohyb elektrónov k kladnému pólu a dier k zápornému pólu.

Koncentrácia vodivých elektrónov v polovodiči sa rovná koncentrácii dier: n n = np. Elektrónovo-dierový mechanizmus vedenia sa prejavuje len v čistých (teda bez nečistôt) polovodičoch. To sa nazýva vlastnú elektrickú vodivosť polovodičov.

Vlastná elektrická vodivosť polovodičov sa nazýva mechanizmus elektrón-dierovej vodivosti, ktorý sa prejavuje len v čistých (teda bez prímesí) polovodičoch.

V prítomnosti nečistôt sa elektrická vodivosť polovodičov výrazne mení.

vodivosť nečistôtnazývaná vodivosť polovodičov v prítomnosti nečistôt.

Nevyhnutnou podmienkou prudkého zníženia merného odporu polovodiča po zavedení nečistôt je rozdiel medzi mocnosťou atómov nečistôt a mocnosťou hlavných atómov kryštálu.

Existujú dva typy vedenia nečistôt - elektronické a diera vodivosť.

1. Elektronická vodivosť nastáva pri vstreknutí polovodičového kryštálu prímes s vyššou mocnosťou.

Napríklad, päťmocné atómy arzénu, As, sú zavedené do germániového kryštálu s štvormocnými atómami.

Obrázok ukazuje päťmocný atóm arzénu v mriežkovom mieste germánia. Štyri valenčné elektróny atómu arzénu sa podieľajú na tvorbe kovalentných väzieb so štyrmi susednými atómami germánia. Piaty valenčný elektrón sa ukázal ako nadbytočný; ľahko sa oddelí od atómu arzénu a uvoľní sa. Atóm, ktorý stratil elektrón, sa zmení na kladný ión nachádzajúci sa na mieste v kryštálovej mriežke.

Nečistota darcu- nazývaná prímes atómov s mocnosťou presahujúcou mocnosť hlavných atómov polovodičového kryštálu.

V dôsledku jeho zavedenia sa v kryštáli objavuje značný počet voľných elektrónov. To vedie k prudkému zníženiu odporu polovodiča - tisíckrát a dokonca miliónkrát. Odpor vodiča s vysokým obsahom nečistôt sa môže približovať odporu kovového vodiča.

V kryštáli germánia s prímesou arzénu sú elektróny a diery zodpovedné za vlastnú vodivosť kryštálu. Ale hlavným typom voľných nosičov náboja sú elektróny oddelené od atómov arzénu. V takom krištáli n n >> np.

Vodivosť, v ktorej väčšinu voľných nosičov náboja tvoria elektróny, sa nazýva elektronické.

Polovodič, ktorý vykazuje elektronickú vodivosť, sa nazýva polovodič typu n.

1. dierové vedenie nastáva, keď nečistota s nižšia valencia.

Napríklad trojmocné atómy In sa zavedú do germániového kryštálu.

Obrázok ukazuje atóm india, ktorý pomocou svojich valenčných elektrónov vytvoril kovalentné väzby len s tromi susednými atómami germánia. Atóm india nemá elektrón na vytvorenie väzby so štvrtým atómom germánia. Tento chýbajúci elektrón môže byť zachytený atómom india z kovalentnej väzby susedných atómov germánia. V tomto prípade sa atóm india premení na negatívny ión umiestnený v mieste kryštálovej mriežky a v kovalentnej väzbe susedných atómov sa vytvorí voľné miesto.

Nečistota akceptora -volal pPrímes atómov s valenciou menšou ako valencia hlavných atómov polovodičového kryštálu schopného zachytávať elektróny.

V dôsledku zavedenia akceptorovej nečistoty do kryštálu dochádza k prerušeniu mnohých kovalentných väzieb a vzniku prázdnych miest (dier). Elektróny môžu do týchto miest preskakovať zo susedných kovalentných väzieb, čo vedie k náhodnému blúdeniu dier okolo kryštálu.

Prítomnosť akceptorovej nečistoty prudko znižuje merný odpor polovodiča v dôsledku výskytu veľkého počtu voľných otvorov. Koncentrácia dier v polovodiči s prímesou akceptora výrazne prevyšuje koncentráciu elektrónov, ktoré vznikli v dôsledku mechanizmu vlastnej elektrickej vodivosti polovodiča: np >> n n.

Vodivosť, v ktorej sú otvory väčšinou nositeľmi voľného náboja, sa nazýva vodivosť otvoru.

Polovodič s dierovou vodivosťou sa nazýva polovodič typu p.

Malo by sa zdôrazniť, že dierová vodivosť je v skutočnosti spôsobená pohybom elektrónov cez voľné miesta od jedného atómu germánia k druhému, ktoré vytvárajú kovalentnú väzbu.

Závislosť elektrickej vodivosti polovodičov od teploty a osvetlenia

1. Pre polovodiče so zvyšujúcou sa teplotou pohyblivosť elektrónov a dier klesá, ale to nehra podstatnu ulohu, kedze ked sa polovodic zahreje, kinetika energia valenčných elektrónov sa zvyšuje a jednotlivé väzby sa lámu, čo vedie k zvýšeniu počtu voľných elektrónov, teda k zvýšeniu elektrickej vodivosti.

1. Pri osvetlení polovodič, objavujú sa v ňom ďalšie nosiče, ktorévedie k zvýšeniu jeho elektrickej vodivosti.K tomu dochádza v dôsledku skutočnosti, že svetlo vytiahne elektróny z atómu a súčasne sa zvýši počet elektrónov a dier.

Polovodiče sú triedou látok, v ktorých so zvyšujúcou sa teplotou narastá vodivosť a klesá elektrický odpor. Tieto polovodiče sa zásadne líšia od kovov.

Typickými polovodičmi sú kryštály germánia a kremíka, v ktorých sú atómy spojené kovalentnou väzbou. Polovodiče majú voľné elektróny pri akejkoľvek teplote. Voľné elektróny pod pôsobením vonkajšieho elektrického poľa sa môžu pohybovať v kryštáli a vytvárať elektrický vodivý prúd. Odstránenie elektrónu z vonkajšieho obalu jedného z atómov kryštálovej mriežky vedie k premene tohto atómu na kladný ión. Tento ión môže byť neutralizovaný zachytením elektrónu z jedného zo susedných atómov. Ďalej v dôsledku prechodov elektrónov z atómov na kladné ióny dochádza k chaotickému pohybu v kryštáli miesta s chýbajúcim elektrónom. Navonok je tento proces vnímaný ako pohyb kladného elektrického náboja, tzv diera.

Keď je kryštál umiestnený do elektrického poľa, dochádza k usporiadanému pohybu dier - dierovému vodivému prúdu.

V ideálnom polovodičovom kryštáli vzniká elektrický prúd pohybom rovnakého počtu záporne nabitých elektrónov a kladne nabitých dier. Vodivosť v ideálnych polovodičoch sa nazýva vnútorná vodivosť.

Vlastnosti polovodičov sú veľmi závislé od obsahu nečistôt. Nečistoty sú dvoch typov - donor a akceptor.

Nečistoty, ktoré darujú elektróny a vytvárajú elektronickú vodivosť, sa nazývajú darcu(nečistoty s valenciou väčšou ako má hlavný polovodič). Polovodiče, v ktorých koncentrácia elektrónov prevyšuje koncentráciu dier, sa nazývajú polovodiče typu n.

Nečistoty, ktoré zachytávajú elektróny a tým vytvárajú mobilné diery bez zvýšenia počtu vodivých elektrónov, sa nazývajú akceptor(nečistoty s valenciou menšou ako má hlavný polovodič).

Pri nízkych teplotách sú diery hlavnými nosičmi prúdu v polovodičovom kryštáli s prímesou akceptora a elektróny nie sú hlavnými nosičmi. Polovodiče, v ktorých koncentrácia dier prevyšuje koncentráciu vodivých elektrónov, sa nazývajú dierové polovodiče alebo polovodiče typu p. Zvážte kontakt dvoch polovodičov s rôznymi typmi vodivosti.

Cez hranicu týchto polovodičov dochádza k vzájomnej difúzii väčšinových nosičov: elektróny difundujú z n-polovodiča do p-polovodiča a diery z p-polovodiča do n-polovodiča. Výsledkom je, že časť n-polovodiča susediaca s kontaktom bude ochudobnená o elektróny a vytvorí sa v nej nadbytočný kladný náboj v dôsledku prítomnosti iónov holých nečistôt. Pohyb otvorov z p-polovodiča do n-polovodiča vedie k vzniku nadmerného záporného náboja v hraničnej oblasti p-polovodiča. V dôsledku toho sa vytvorí dvojitá elektrická vrstva a vzniká kontaktné elektrické pole, ktoré zabraňuje ďalšej difúzii hlavných nosičov náboja. Táto vrstva sa nazýva zamykanie.

Vonkajšie elektrické pole ovplyvňuje elektrickú vodivosť bariérovej vrstvy. Ak sú polovodiče pripojené k zdroju, ako je znázornené na obr. 55 sa potom pod pôsobením vonkajšieho elektrického poľa budú hlavné nosiče náboja - voľné elektróny v n-polovodiči a otvory v p-polovodiči - posúvať k sebe na rozhranie polovodičov, pričom hrúbka pn križovatka klesá, preto sa znižuje jej odpor. V tomto prípade je sila prúdu obmedzená vonkajším odporom. Tento smer vonkajšieho elektrického poľa sa nazýva priamy. Priame zapojenie p-n-prechodu zodpovedá sekcii 1 na charakteristike prúd-napätie (pozri obr. 57).

Nosiče elektrického prúdu v rôznych médiách a charakteristiky prúdového napätia sú zhrnuté v tabuľke. jeden.

Ak sú polovodiče pripojené k zdroju, ako je znázornené na obr. 56, potom sa elektróny v n-polovodiči a otvory v p-polovodiči budú pohybovať pôsobením vonkajšieho elektrického poľa od hranice v opačných smeroch. Hrúbka bariérovej vrstvy a tým aj jej odolnosť sa zvyšuje. Pri tomto smere vonkajšieho elektrického poľa - spätné (blokujúce) prechádzajú rozhraním iba menšinové nosiče náboja, ktorých koncentrácia je oveľa menšia ako hlavné a prúd je prakticky nulový. Opačné zaradenie pn prechodu zodpovedá časti 2 na charakteristike prúd-napätie (obr. 57).

V polovodičoch ide o usmernený pohyb dier a elektrónov, ktorý je ovplyvnený elektrickým poľom.

V dôsledku experimentov sa zistilo, že elektrický prúd v polovodičoch nie je sprevádzaný prenosom hmoty - nepodliehajú žiadnym chemickým zmenám. Elektróny teda možno považovať za nosiče prúdu v polovodičoch.

Dá sa určiť schopnosť materiálu vytvárať v ňom elektrický prúd.Podľa tohto indikátora vodiče zaujímajú medziľahlú polohu medzi vodičmi a dielektrikami. Polovodiče sú rôzne druhy minerálov, niektoré kovy, sulfidy kovov atď. Elektrický prúd v polovodičoch vzniká v dôsledku koncentrácie voľných elektrónov, ktoré sa môžu v látke pohybovať v určitom smere. Pri porovnaní kovov a vodičov je možné poznamenať, že existuje rozdiel medzi teplotným vplyvom na ich vodivosť. Zvýšenie teploty vedie k zníženiu V polovodičoch sa index vodivosti zvyšuje. Ak sa teplota v polovodiči zvýši, potom bude pohyb voľných elektrónov chaotickejší. Je to spôsobené nárastom počtu kolízií. V polovodičoch sa však v porovnaní s kovmi výrazne zvyšuje koncentrácia voľných elektrónov. Tieto faktory majú opačný vplyv na vodivosť: čím viac zrážok, tým nižšia je vodivosť, čím väčšia je koncentrácia, tým je vyššia. V kovoch neexistuje vzťah medzi teplotou a koncentráciou voľných elektrónov, takže so zmenou vodivosti so zvyšujúcou sa teplotou len klesá možnosť usporiadaného pohybu voľných elektrónov. Pokiaľ ide o polovodiče, účinok zvýšenia koncentrácie je vyšší. Čím viac teda teplota stúpa, tým väčšia bude vodivosť.

Existuje vzťah medzi pohybom nosičov náboja a takou koncepciou, ako je elektrický prúd v polovodičoch. V polovodičoch je vzhľad nosičov náboja charakterizovaný rôznymi faktormi, medzi ktorými je obzvlášť dôležitá teplota a čistota materiálu. Podľa čistoty sa polovodiče delia na nečistoty a vlastné.

Pokiaľ ide o vlastný vodič, vplyv nečistôt pri určitej teplote nemožno považovať za významný. Pretože pásmová medzera v polovodičoch je malá, vo vlastnom polovodiči, keď teplota dosiahne, je valenčné pásmo úplne vyplnené elektrónmi. Ale vodivé pásmo je úplne voľné: nie je v ňom žiadna elektrická vodivosť a funguje ako dokonalé dielektrikum. Pri iných teplotách existuje možnosť, že počas tepelných výkyvov môžu určité elektróny prekonať potenciálnu bariéru a ocitnúť sa vo vodivom pásme.

Thomsonov efekt

Princíp termoelektrického Thomsonovho javu: pri prechode elektrického prúdu v polovodičoch, pozdĺž ktorých je teplotný gradient, sa v nich okrem Jouleovho tepla uvoľní alebo absorbuje ďalšie množstvo tepla v závislosti od smeru, ktorým prúd prúdi. tečie.

Nedostatočne rovnomerné zahrievanie vzorky s homogénnou štruktúrou ovplyvňuje jej vlastnosti, v dôsledku čoho sa látka stáva nehomogénnou. Thomsonov jav je teda špecifický Pelteho jav. Rozdiel je len v tom, že nie je odlišné chemické zloženie vzorky, ale túto nehomogenitu spôsobuje excentricita teploty.

V tejto lekcii budeme uvažovať o takomto médiu na prechod elektrického prúdu ako o polovodičoch. Zvážime princíp ich vodivosti, závislosť tejto vodivosti od teploty a prítomnosti nečistôt, zvážime taký koncept ako p-n prechod a základné polovodičové zariadenia.

Ak vytvoríte priame spojenie, potom vonkajšie pole neutralizuje blokovacie pole a prúd budú tvoriť hlavné nosiče náboja (obr. 9).

Ryža. 9. p-n križovatka s priamym pripojením ()

V tomto prípade je prúd menšinových nosičov zanedbateľný, prakticky neexistuje. Preto p-n prechod poskytuje jednosmerné vedenie elektrického prúdu.

Ryža. 10. Atómová štruktúra kremíka so zvyšujúcou sa teplotou

Vedenie polovodičov je elektrónové diery a takéto vedenie sa nazýva vlastné vedenie. A na rozdiel od vodivých kovov s rastúcou teplotou len rastie počet voľných nábojov (v prvom prípade sa nemení), preto so zvyšujúcou sa teplotou rastie vodivosť polovodičov a klesá odpor (obr. 10).

Veľmi dôležitou otázkou pri štúdiu polovodičov je prítomnosť nečistôt v nich. A v prípade prítomnosti nečistôt by sa malo hovoriť o vodivosti nečistôt.

Polovodiče

Vďaka malým rozmerom a veľmi vysokej kvalite prenášaných signálov sú polovodičové zariadenia veľmi bežné v modernej elektronickej technike. Zloženie takýchto zariadení môže zahŕňať nielen spomínaný kremík s nečistotami, ale napríklad aj germánium.

Jedným z týchto zariadení je dióda - zariadenie schopné prechádzať prúdom v jednom smere a brániť jeho prechodu v druhom. Získava sa implantáciou iného typu polovodiča do polovodičového kryštálu typu p alebo n (obr. 11).

Ryža. 11. Označenie diódy na schéme a schéme jej zariadenia, resp

Ďalšie zariadenie, teraz s dvoma p-n prechodmi, sa nazýva tranzistor. Slúži nielen na voľbu smeru toku prúdu, ale aj na jeho premenu (obr. 12).

Ryža. 12. Schéma štruktúry tranzistora a jeho označenie na elektrickom obvode, respektíve ()

Treba poznamenať, že moderné mikroobvody používajú veľa kombinácií diód, tranzistorov a iných elektrických zariadení.

V ďalšej lekcii sa pozrieme na šírenie elektrického prúdu vo vákuu.

Bibliografia

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fyzika (základná úroveň) - M.: Mnemozina, 2012.
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. 10. ročník z fyziky. - M.: Ileksa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. fyzika. Elektrodynamika. - M.: 2010.

1. Princípy činnosti zariadení ().
2. Encyklopédia fyziky a techniky ().

Domáca úloha

1. Čo spôsobuje vodivosť elektrónov v polovodiči?
2. Čo je to vlastná vodivosť polovodiča?
3. Ako závisí vodivosť polovodiča od teploty?
4. Aký je rozdiel medzi nečistotou darcu a nečistotou akceptora?
5. * Akú vodivosť má kremík s prímesou a) gália, b) india, c) fosforu, d) antimónu?

Polovodiče zahŕňajú mnoho chemických prvkov (germánium, kremík, selén, telúr, arzén atď.), obrovské množstvo zliatin a chemických zlúčenín. Takmer všetky anorganické látky sveta okolo nás sú polovodiče. Najbežnejším polovodičom v prírode je kremík, ktorý tvorí asi 30 % zemskej kôry.

Kvalitatívny rozdiel medzi polovodičmi a kovmi sa prejavuje v teplotná závislosť rezistivity(obr.9.3)

Pásový model elektrón-dierovej vodivosti polovodičov

Počas tvorby pevných látok je možná situácia, keď sa energetický pás vznikajúci z energetických hladín valenčných elektrónov počiatočných atómov ukáže byť úplne naplnený elektrónmi a najbližšie energetické hladiny dostupné na naplnenie elektrónmi sú oddelené od valenčné pásmo E V interval nevyriešených energetických stavov – tzv zakázaná zóna Napr.Nad zakázaným pásmom je zóna energetických stavov povolená pre elektróny - vodivé pásmo E c.

Vodivostné pásmo pri 0 K je úplne voľné, zatiaľ čo valenčné pásmo je úplne obsadené. Podobné pásové štruktúry sú charakteristické pre kremík, germánium, arzenid gália (GaAs), fosfid india (InP) a mnohé ďalšie polovodičové pevné látky.

So zvýšením teploty polovodičov a dielektrík sú elektróny schopné prijímať dodatočnú energiu spojenú s tepelným pohybom. kT. Niektorým elektrónom stačí na prechod energia tepelného pohybu z valenčného pásma do vodivého pásma, kde sa elektróny pôsobením vonkajšieho elektrického poľa môžu pohybovať takmer voľne.

V tomto prípade, v obvode s polovodičovým materiálom sa pri zvyšovaní teploty polovodiča zvýši elektrický prúd. Tento prúd je spojený nielen s pohybom elektrónov vo vodivom pásme, ale aj so vzhľadom voľných miest od elektrónov, ktoré prešli do vodivého pásma vo valenčnom pásme, tzv diery . Voľné miesto môže obsadiť valenčný elektrón zo susedného páru, potom sa diera presunie na nové miesto v kryštáli.

Ak je polovodič umiestnený v elektrickom poli, potom sa na usporiadanom pohybe podieľajú nielen voľné elektróny, ale aj otvory, ktoré sa správajú ako kladne nabité častice. Preto prúd ja v polovodiči sa skladá z elektroniky Ja n a diera IP prúdy: ja= Ja n+ IP.

Mechanizmus vedenia elektrón-diera sa prejavuje iba v čistých (t. j. bez nečistôt) polovodičoch. To sa nazýva vlastnú elektrickú vodivosť polovodičov. Elektróny sú vrhané do vodivého pásma s Fermiho hladina, ktorý sa ukáže byť umiestnený vo vlastnom polovodiči v strede zakázaného pásma(obr. 9.4).

Vnesením veľmi malých množstiev nečistôt do polovodičov je možné výrazne zmeniť ich vodivosť. V kovoch nečistota vždy znižuje vodivosť. Pridanie 3 % atómov fosforu k čistému kremíku teda zvyšuje elektrickú vodivosť kryštálu 105-násobne.

Mierne pridanie dopantu do polovodiča nazývaný doping.

Nevyhnutnou podmienkou prudkého zníženia merného odporu polovodiča po zavedení nečistôt je rozdiel medzi mocnosťou atómov nečistôt a mocnosťou hlavných atómov kryštálu. Vodivosť polovodičov v prítomnosti nečistôt je tzv vodivosť nečistôt .

Rozlišovať dva typy vedenia nečistôt – elektronické a diera vodivosť. Elektronická vodivosť nastáva, keď sa päťmocné atómy (napríklad arzén, As) zavedú do kryštálu germánia s štvormocnými atómami (obr. 9.5).

Štyri valenčné elektróny atómu arzénu sa podieľajú na tvorbe kovalentných väzieb so štyrmi susednými atómami germánia. Piaty valenčný elektrón sa ukázal ako nadbytočný. Ľahko sa oddelí od atómu arzénu a uvoľní sa. Atóm, ktorý stratil elektrón, sa zmení na kladný ión nachádzajúci sa na mieste v kryštálovej mriežke.

Prímes atómov s valenciou väčšou ako valencia hlavných atómov polovodičového kryštálu sa nazýva tzv. darcovská nečistota . V dôsledku jeho zavedenia sa v kryštáli objavuje značný počet voľných elektrónov. To vedie k prudkému zníženiu odporu polovodiča - tisíckrát a dokonca miliónkrát.

Rezistivita vodiča s vysokým obsahom nečistôt sa môže priblížiť mernému odporu kovového vodiča. Takáto vodivosť v dôsledku voľných elektrónov sa nazýva elektrónová a polovodič s elektronickou vodivosťou sa nazýva polovodič typu n.

dierové vedenie nastáva, keď sa do kryštálu germánia zavedú trojmocné atómy, napríklad atómy india (obr. 9.5)

Obrázok 6 ukazuje atóm india, ktorý pomocou svojich valenčných elektrónov vytvoril kovalentné väzby iba s tromi susednými atómami germánia. Atóm india nemá elektrón na vytvorenie väzby so štvrtým atómom germánia. Tento chýbajúci elektrón môže byť zachytený atómom india z kovalentnej väzby susedných atómov germánia. V tomto prípade sa atóm india premení na negatívny ión umiestnený v mieste kryštálovej mriežky a v kovalentnej väzbe susedných atómov sa vytvorí voľné miesto.

Prímes atómov schopných zachytávať elektróny sa nazýva akceptorová nečistota . V dôsledku zavedenia akceptorovej nečistoty sa v kryštáli rozbije veľa kovalentných väzieb a vytvoria sa prázdne miesta (diery). Elektróny môžu do týchto miest preskakovať zo susedných kovalentných väzieb, čo vedie k náhodnému blúdeniu dier okolo kryštálu.

Koncentrácia dier v polovodiči s prímesou akceptora výrazne prevyšuje koncentráciu elektrónov, ktorá vznikla v dôsledku mechanizmu vlastnej elektrickej vodivosti polovodiča: np>> n n. Tento typ vedenia sa nazýva vodivosť otvoru . Nečistotový polovodič s dierovou vodivosťou sa nazýva polovodič typu p . Hlavné voľné nosiče náboja v polovodičoch p-typ sú otvory.

Prechod elektrón-diera. Diódy a tranzistory

V modernej elektronickej technike zohrávajú polovodičové zariadenia výnimočnú úlohu. Za posledné tri desaťročia takmer úplne nahradili elektrovákuové zariadenia.

Akékoľvek polovodičové zariadenie má jeden alebo viac prechodov elektrón-diera. . Prechod elektrón-diera (alebo n–p-prechod) - toto je kontaktná plocha dvoch polovodičov s rôznymi typmi vodivosti.

Na rozhraní polovodičov (obr. 9.7) vzniká dvojitá elektrická vrstva, ktorej elektrické pole bráni procesu difúzie elektrónov a dier smerom k sebe.

Schopnosť n–p-prechod na prechod prúdu takmer len jedným smerom sa používa v zariadeniach tzv polovodičové diódy. Polovodičové diódy sú vyrobené z kryštálov kremíka alebo germánia. Pri ich výrobe sa nečistota roztaví do kryštálu s určitým typom vodivosti, ktorý poskytuje iný typ vodivosti.

Obrázok 9.8 ukazuje typickú voltampérovú charakteristiku kremíkovej diódy.

Volajú sa polovodičové zariadenia s nie jedným, ale dvoma n-p prechodmi tranzistory . Tranzistory sú dvoch typov: p–n–p-tranzistory a n–p–n-tranzistory. v tranzistore n–p–n-typová základná germániová platňa je vodivá p-typ a dve oblasti na ňom vytvorené - vodivosťou n-typ (obrázok 9.9).

v tranzistore p–n–p- je to akosi naopak. Platňa tranzistora je tzv základňu(B), jedna z oblastí s opačným typom vodivosti - zberateľ(K) a druhý - žiarič(E).