Электрический ток в полупроводниках Открытие полупроводников

«Электрический ток в полупроводниках»

Открытие полупроводников R↓ Майкл Фарадей (Michael Faraday, 1791 -1867) Уиллоуби Смит (Willoughby Smith, 1828 – 1891) t↑ освещение Абрам Фёдорович Иоффе (1880 -1960) добавление примеси

Электрический ток в полупроводниках • К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др. ), огромное количество сплавов и химических соединений. • Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. • Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры.

Строение полупроводников - - Si Si - - - - Si - - -

Электрический ток в полупроводниках • Валентные электроны в кристалле германия гораздо сильнее связаны с атомами, чем в металлах. • Поэтому концентрация электронов проводимости при комнатной температуре в полупроводниках на много порядков меньше, чем у металлов. • Вблизи абсолютного нуля температуры в кристалле германия все электроны заняты в образовании связей. • Такой кристалл электрического тока не проводит.

Электрический ток в полупроводниках • Качественное отличие полупроводников от металлов проявляется прежде всего в зависимости удельного сопротивления от температуры.

Электрический ток в полупроводниках • Атомы германия имеют четыре слабо связанных электрона на внешней оболочке. • Их называют валентными электронами. • В кристаллической решетке каждый атом окружен четырьмя ближайшими соседями. • Связь между атомами в кристалле германия является ковалентной, т. е. осуществляется парами валентных электронов. • Каждый валентный электрон принадлежит двум атомам.

Собственная проводимость - - Si Si - - - - Si - - -

Электрический ток в полупроводниках • При повышении температуры некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. • Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). • Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. • Эти вакансии получили название «дырок» .

Электрический ток в полупроводниках • Поэтому ток I в полупроводнике складывается из электронного In и дырочного Ip токов: I = In + Ip. • Электронно-дырочный механизм проводимости проявляется только у чистых (т. е. без примесей) полупроводников. Он называется собственной электрической проводимостью полупроводников.

Примесная проводимость примесь донорная акцепторная

Донорная примесь - - Si - - - As Si + Si - - - - - Полупроводник n-типа Si - - - носители заряда: основные электроны неосновные дырки

Электрический ток в полупроводниках • Такая проводимость, обусловленная свободными электронами, называется электронной, а полупроводник, обладающий электронной проводимостью, называется полупроводником nтипа.

Акцепторная примесь - - Si - - - Si Si - - - - Si In Si - - - - - Полупроводник p-типа Si - - основные дырки неосновные электроны - - Носители заряда: -

Какого типа — электронная или дырочная — будет проводимость 90 германия, если к нему добавить в небольших количествах фосфор? индий? галлий? сурьму? 232

Какую примесь необходимо добавить, чтобы получить: a) полупроводник p-типа b) полупроводник n-типа - - Ge Ge - - - - Ge - - - Si - - -

Решите задачи: 1. Будет ли кремний сверхпроводящим, если его охладить до температуры, близкой к абсолютному нулю? 2. Какой графиков зависимости R от Т соответствуют металлическому проводнику? R Т

Решите задачи: 4. Что надо сделать, чтобы электропроводность германия и кремния стала такой же, как электропроводность металла (диэлектрика)? 5. Почему при изготовлении полупроводниковых материалов обращается исключительное внимание на степень их чистоты?

1) Из каких элементов состоит электрическая цепь? ? + _ 1 0 А 2 2) Какой опыт проводят на установке? 3) По результатам опыта определите, из какого вещества изготовлено тело: а) металлического проводника; в) полупроводника?

Домашнее задание: заполните таблицу: примесь основные носители заряда неосновные носители заряда тип полупроводника