Быстрый поиск

Некоторые особенности полупроводников

В отличие от металлических проводников полупроводники характеризуются более низкой проводимостью. Кроме того, у полупроводников с понижением температуры проводимость падает, тогда, как у металлов она возрастает. В металле при любой температуре имеется очень большое и практически постоянное число электронов проводимости, и последняя в основном определяется соударениями этих электронов с фононами: повышенная проводимость при низких температурах объясняется уменьшением числа соударений. В полупроводнике число электронов (или дырок), которые переносят заряд, невелико и изменяется в широких пределах в зависимости от температуры. Любое изменение проводимости полупроводника в гораздо большей степени обусловлено изменением числа носителей заряда, чем механизма их соударений и поведения. Существует два типа полупроводников: собственные и примесные, причем примесные полупроводники в свою очередь подразделяются на полупроводники разных типов.

 

В собственном полупроводнике существует зона разрешенных энергетических уровней, которые заполнены полностью, выше ее расположена зона запрещенных уровней энергии, еще выше — другая зона — разрешенных, но незанятых энергетических уровней. Такой же вид имеют диаграммы энергетических уровней диэлектрика. У собственных полупроводников — и это является их главным отличительным признаком — зона запрещенных энергетических уровней имеющихся подвижных носителей заряда уменьшается на два. В состоянии равновесия скорость образования и исчезновения злектронно-дырочных пар определяется температурой материала. Число дырок и электронов в материале, а, следовательно, и его проводимость экспоненциально возрастают с температурой.

 

 

В полупроводнике д-типа подвижными носителями заряда являются электроны, которые в результате возбуждения переходят с примесного уровня в вакантную зону. Примесный уровень создается введением малого количества (миллионные доли) соответствующего примесного вещества (например, мышьяка) в кристаллический материал (например, кремний), который в обычных условиях является диэлектриком. Каждый из примесных электронов связан в атоме примеси, следовательно, положение его в кристаллической решетке строго фиксировано и он не может служить подвижным носителем заряда.

 

Однако примесный уровень находится очень близко к вакантной зоне и даже при температуре гораздо ниже комнатной тепловая энергия материала достаточна для возбуждения и перехода в вакантную зону почти всех примесных электронов. После перехода в вакантную зону электроны могут свободно перемещаться в материале, который, таким образом, как бы заполняется «облаком» примесных электронов, движущихся в случайных направлениях со случайными скоростями. Количеством таких электронов и определяется проводимость материала. Поскольку каждый из атомов примеси отдает возбужденный электрон, превращающийся в подвижный носитель заряда, проводимость зависит от числа примесных атомов, то есть от относительной концентрации примеси.

 

Аналогичным образом проводимость материала p-типа связана с количеством свободных дырок — подвижных носителей положительного заряда. Тепловая энергия, необходимая для перехода дырки в заполненную зону, невелика. Поэтому уже при температуре значительно ниже комнатной все дырки переходят в заполненную зону. В полупроводниках p-типа проводимость также определяется концентрацией примеси. В действительности механизм образования примесной проводимости выглядит значительно сложней, поскольку материал, к которому добавляется примесь, часто сам является собственным полупроводником. Так, полупроводник д-типа, изготовленный путем добавления мышьяка к германию, кроме примесных электронов, даже при комнатной температуре содержит собственные дырки и электроны, так как его запрещенная зона довольно узка.

 

Если такой материал используется в каком-либо приборе (например, транзисторе), действие которого основано на примесной проводимости, то наличие собственной проводимости является существенным недостатком. В частности, при нагревании такого прибора в процессе работы его собственный ток может свести на нет весь полезный эффект — прибор перестанет выполнять свои функции. В случае германиевого транзистора это обычно происходит при 340 К, кремниевые же транзисторы могут работать при более высоких температурах, поскольку запрещенная зона в кремнии шире и собственный ток в нем значительно меньше.

Рекомендуем почитать!

opredelenie-dvizhushchikhsya-ionov
Поток движущихся ионов подобен току электронов, т. е. обычному...ДАЛЕЕ .....133
novye-otkrytiya-o-galaktike-mlechnyj-put
Не так давно, учённые выяснили что галактика «Млечный путь»...ДАЛЕЕ .....1108
knyaz-yurij-dolgorukij
Годы правления 1155-1157    Князь Юрий...ДАЛЕЕ .....1207
istoriya-mezhdunarodnogo-dvizheniya-krasnyj-krest
Международное движение Красного Креста было основано в 1863...ДАЛЕЕ .....93
podzemnaya-reka-puerto-prinsesa
Юго-восточная Азия хранит огромное количество...ДАЛЕЕ .....1002
chto-takoe-atmosfera
Океан воздуха - атмосфера. Солнечные лучи, падая на Землю,...ДАЛЕЕ .....1117
fundamentalnye-issledovaniya-elektrotekhnologii
Ирвинг Ленгмюр родился в 1881 году в Бруклине (США). В 1903...ДАЛЕЕ .....900
silur-tretij-period-paleozoya-ekspansiya-zhizni
Силур - третий период палеозоя - начался около 440 млн лет...ДАЛЕЕ .....829
kakoj-prezident-ssha-izobrazhen-na-kupyure-v-100000
На долларовой купюре, какого номинала изображен портрет Вудро...ДАЛЕЕ .....1139
kislomolochnye-produkty
  Насколько изменилась наша жизнь с приходом...ДАЛЕЕ .....370
svarka-metallov-v-gazovoj-srede
Ограниченные технологические возможности делали дальнейшую...ДАЛЕЕ .....841
mikroby-chto-zhe-eto-za-sushchestva
О микроорганизмах  Микробы не видимы, их нельзя потрогать и...ДАЛЕЕ .....848
izobretenie-elektricheskoj-lampochki
Изобретение электрической лампочки. На изначальное...ДАЛЕЕ .....599
ostrov-chedzhu
Как говорилось ранее, в 2001 году список Чудес света древнего...ДАЛЕЕ .....957
fundamentalnaya-svyaz-piramidy-zhizni-bakterii
Среди одноклеточных организмов лишь бактерии и сине-зеленые...ДАЛЕЕ .....330
infrakrasnoe-izluchenie-zemli
Измерение интенсивности инфракрасного излучения...ДАЛЕЕ .....1331
kakie-rastenie-proizrastayut-v-tundre
Растительный мир тундры   В суровой Антарктике...ДАЛЕЕ .....1226
knyaz-yaropolk
Года правления 1132-1139     Князь...ДАЛЕЕ .....755
dublirovanie-udvaivaem-vse-chto-mozhno
Упорным новатором был в середине прошлого века англичанин...ДАЛЕЕ .....806
zadachi-geografii-obshchaya-i-chastnaya-geografiya
Наше представление об изменениях в природе, как о потоке...ДАЛЕЕ .....572
rol-vlagi-v-zhizni-geograficheskoj-obolochki
Роль влаги в жизни географической оболочки исключительно...ДАЛЕЕ .....554
chto-takoe-smesi-i-rastvory
Растворы, смеси,  эмульсии. В обыденной жизни мы очень часто...ДАЛЕЕ .....941
materiala-v-sverkhprovodyashchee
В прошлых публикациях мы рассмотрели основные принципы...ДАЛЕЕ .....348
kakie-prichiny-poyavlenie-boli-v-myshtsakh-posle-zanyatij-sportom
Все знают, что такое мышечная боль в результате выполнения...ДАЛЕЕ .....948
lekarstva-ot-tuberkuleza
История туберкулеза легких делится на 2 эпохи:...ДАЛЕЕ .....122
kto-izobrjol-multivibrator
Интересные сведения об изобретении...ДАЛЕЕ .....876
stoit-li-boyatsya-letuchego-gollandtsa
Ветвь первенства по количеству тайн и загадок, безусловно,...ДАЛЕЕ .....576
benito-mussolini
Бенито Муссолини был создателем фашизма - строя, с которым у...ДАЛЕЕ .....1333
pochemu-volki-voyut-na-lunu
Волчий вой Это все враки, дорогие товарищи! В мире столько...ДАЛЕЕ .....1181
ptitsy-kto-oni-chto-eto-takoe
Птицы – это интересно   Птицы бывают самых...ДАЛЕЕ .....1040