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!

vertikalnye-dvizheniya-atmosfery
Вертикальные движения атмосферы (поднятия и опускания) бывают...ДАЛЕЕ .....585
kto-pomogaet-opylyat-rasteniya-kakie-zhivotnye
Удивительные факты из растительного и животного мира -...ДАЛЕЕ .....3598
zagadochnye-kvazary
Факты о квазарах Космос хранит великое множество загадок....ДАЛЕЕ .....948
krupnejshie-afery-khkh-veka-sintez-opyt-zbigneva-dunikovskogo
В начале XX века польский инженер Збигнев Дуниковский заявил,...ДАЛЕЕ .....890
gibrid-krolika-i-kuritsy-shelki
В 19 веке европейская биология чуть было не дала эволюционную...ДАЛЕЕ .....1150
kvartaly-parizha
  Еще невиданный доселе рост прогрессивных сил...ДАЛЕЕ .....624
ponyatie-statsionarnye-sostoyaniya
Проанализируем некоторые следствия, вытекающие из понятия...ДАЛЕЕ .....437
etruski
Этруски поселились на западе центральной Италии...ДАЛЕЕ .....674
chto-pokazyvali-v-pervykh-filmakh
Интересные сведения о кинематографе.   Знаешь ли...ДАЛЕЕ .....745
kak-delayut-iskusstvennyj-almaz-rubin-sapfir
Алмаз, рубин, сапфир – искусство делать, а не...ДАЛЕЕ .....2035
kakaya-ryba-samaya-bystraya-na-zemle-ryba-parusnik
Рыба парусник - рекордсмен по скорости среди рыб. Как...ДАЛЕЕ .....1276
arkhitektura-i-iskusstvo-drevnej-grechetsii
Почти все произведения искусства - храмы, статуи, живопись -...ДАЛЕЕ .....856
zanyatiya-astronomiej-v-observatorii-peterburgskogo-universiteta-v-nachale-khkh-v
мае 1903 г. под руководством приват-доцента А. А. Иванова в...ДАЛЕЕ .....658
kratkaya-istoriya-sozdaniya-dvigatelya-rabotayushchego-na-dizelnom-toplive
Первые разработки двигателя работающего на дизельном топливе...ДАЛЕЕ .....1024
spisok-narodnykh-poverij
Народные поверья - многовековые наблюдения за окружающим...ДАЛЕЕ .....1055
sovety-po-vyboru-planshetnogo-kompyutera
Практически у всех людей, которые собрались приобрести...ДАЛЕЕ .....569
podvig-klelii
Во время осады Рима Порсена потребовал от римлян выдать ему...ДАЛЕЕ .....722
chuvstvuyut-li-zhivotnye-priblizhenie-apokalipsisa
Животные очень чувствительно относятся ко всем переменам,...ДАЛЕЕ .....1061
С решением бостонского изобретателя Исаака Френсиса Добсона...ДАЛЕЕ .....835
struktura-geograficheskoj-obolochki-zemli
Отдельные участки географической оболочки земли подчас...ДАЛЕЕ .....560
osmoticheskaya-regulyatsiya-v-presnoj-vode-u-zhivotnykh
Рассмотрим важнейшую проблему, с которой сталкивается всякое...ДАЛЕЕ .....418
bog-vojny-artilleriya
Артиллерия уже используется несколько веков. Для Наполеона...ДАЛЕЕ .....1065
v-glubiny-mirovogo-okeana
На дне океана. Часть первая. Свыше 70 процентов поверхности...ДАЛЕЕ .....1063
blacktrail-samyj-bystryj-elektricheskij-velosiped
Тематика экологического транспорта очень актуальна в...ДАЛЕЕ .....656
sonea-preobrazovanie-zvuka-v-elektroenergiyu
Все мы знаем принцип работы динамика (громкоговорителя) - на...ДАЛЕЕ .....681
dublirovanie-dvukhstvolnaya-bombarda-i-drugoe
Дублирование во время войны и в мирное...ДАЛЕЕ .....918
tainstvennye-mesta-na-planete-geomagnetizm-kitajskogo-kholma
Десять лет назад в одной из горных провинций Китая двумя...ДАЛЕЕ .....899
ne-ponravilis-svekrovi
 Почти каждая девушка перед встречей с будущей свекровью...ДАЛЕЕ .....404
kakov-razmer-i-ves-solntsa
  Характеристики Солнца   Масса: 1.98892 х 1030...ДАЛЕЕ .....525