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.

Некоторые особенности полупроводников

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!

biologiya
Давайте посмотрим вокруг нас. Что нас...ДАЛЕЕ .....958
son-v-ruku-tajny-snov
Существуют сны, которые еще испокон веков называли «сон...ДАЛЕЕ .....634
kesaryu-kesarevo-tajny-snov
Начнем с простого. Каждому из нас приходилось видеть, как в...ДАЛЕЕ .....688
oba-tsar-benina
Царь и Бог.   Оба - царь Бенина. Он олицетворял...ДАЛЕЕ .....1139
v-zaroslyakh-papirusa
Отступая, Нил оставляет на своих берегах много воды,...ДАЛЕЕ .....890
kto-izobrel-cd-disk-kompakt-disk
Как мы уже не раз говорили, многие вещи окружающие нас...ДАЛЕЕ .....1556
korichnevye-karliki
Если первоначальная масса звезды оказывается ниже 0,08...ДАЛЕЕ .....908
zvezdnyj-gorodok
Если вам интересна космическая тема, советуем поехать на...ДАЛЕЕ .....787
Яндекс.Метрика