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!

pterodaktil-s-klyuvom-tsapli
Не так давно, при раскопках, ученым удалось обнаружить...ДАЛЕЕ .....431
kto-i-kogda-izobrjol-parovuyu-mashinu
Интересные сведения об изобретении паровой...ДАЛЕЕ .....1020
afera-sintez-zolota-frants-tauzend
Крупнейшие аферы ХХ века - Синтез золота. Опыт Франца...ДАЛЕЕ .....1135
poslednie-nakhodki-arkheologov-vereskovyj-med
Современным археологам удалось сделать то, чего не смог...ДАЛЕЕ .....960
puzyrchatka-eto-samoe-bystroe-khishchnoe-rastenie-na-zemle
Пузырчатка – супербыстрое растение, но не самое...ДАЛЕЕ .....1271
pogost-okrug-v-drevnej-rusi
Центром погоста-округа Важинского погоста Подпорожского...ДАЛЕЕ .....1052
robotam-tozhe-nuzhen-internet-vseobshchij-bank-razuma
Система похожая на совокупность Википедии, социальных сетей и...ДАЛЕЕ .....726
nikola-tesla-genij-svoego-vremeni
Вряд ли кто-то будет спорить, что Никола Тесла воистину гений...ДАЛЕЕ .....1165
govorit-krasivo
Всё больше людей, занявшись предпринимательской деятельностью...ДАЛЕЕ .....530
krapiva-zhzhet-ili-zhalit
Многие люди с детства знают, что крапива довольно...ДАЛЕЕ .....686
otkrytie-rentgenovskikh-luchej
Несмотря на то, что с момента открытия рентгеновских лучей...ДАЛЕЕ .....298
chto-takoe-sudebnaya-meditsina
Судебная медицина - наука, служащая правосудию и опирающаяся...ДАЛЕЕ .....991
kazhdyj-delfin-eto-lichnost
Австралийские биологи несколько лет назад наблюдали за...ДАЛЕЕ .....947
interesnye-fakty-o-krokodilakh
Самый большой крокодил -...ДАЛЕЕ .....1042
borby-s-kureniem
Если курильщик с большим стажем, то расстаться с вредной...ДАЛЕЕ .....494
kakaya-ryba-samaya-bystraya-na-zemle-ryba-parusnik
Рыба парусник - рекордсмен по скорости среди рыб. Как...ДАЛЕЕ .....1367
ot-chego-zavisit-vybor-koshki-spat-na-opredelennom-meste
Приручение кошек произошло довольно давно. Уже около 10...ДАЛЕЕ .....1291
organizatsiya-myshechnoj-sistemy-zhivotnykh
Животное в целом передвигается отнюдь не за счет...ДАЛЕЕ .....581
traktor-na-vodorode
Прототипные экземпляры тракторов на водородном топливе...ДАЛЕЕ .....527
prekrasnyj-vavilon-bog-vavilonyan-gorod-krepost-chto-takoe-zikkurat
В XVIII в. до н.э. Вавилон, построенный на берегах Евфрата,...ДАЛЕЕ .....1101
novaya-tekhnologiya-dlya-obshcheniya-s-nemymi-lyudmi
Учёные Калифорнийского университета Беркли провели интересные...ДАЛЕЕ .....1005
dublirovanie-udvaivaem-vse-chto-mozhno
Упорным новатором был в середине прошлого века англичанин...ДАЛЕЕ .....962
kak-v-drevnie-vremena-delali-abort
Как прерывали беременность в древности  Первые письменные...ДАЛЕЕ .....517
superbystrye-myshtsy-golosovye-svyazki-letuchikh-myshej
Голосовые связки летучих мышей способны делать сокращения 190...ДАЛЕЕ .....1035
muzhchiny-i-zhenshchiny-raznoe-vospriyatie-mira
В некоторых отношениях между мужчиной и женщиной возникают...ДАЛЕЕ .....602
greet-li-shuba
Все привыкли считать, что самой теплой верхней одеждой...ДАЛЕЕ .....2242
zagadki-krita
Культ обожествления быка древних критян позволяет...ДАЛЕЕ .....548
chto-takoe-feromony-i-kakaya-ikh-rol-v-zhizni-lyudej
Феромоны   Всем известно, что человеческий...ДАЛЕЕ .....1287
fotokamera-ot-dzhonatana-ajva-ushla-za-1-8-mln
Камера LeicaM, которая была специально разработана дизайнером...ДАЛЕЕ .....669
uvelichenie-kolichestva-lda-v-antarktike
Почему Антарктида увеличивается из-за глобального потепления? -...ДАЛЕЕ .....957