Skip to main content

Интересные факты на любую тему - познавательно и увлекательно!

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.

О НАУЧНОМ ПРОСТЫМИ СЛОВАМИ

НОВЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Глаза - это поистине удивительный орган. У разных животных они могут сильно отличаться по строению и возможностям. Давай...

Африканские сомы из семейства Clariidae обладают удивительной способностью передвигаться по суше на протяжении часов. Эт...

Солнце – это звезда, вокруг которой вращается наша планета Земля. Оно является нашим основным источником света и тепла, ...

ПОПУЛЯРНЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Трение — это сила, возникающая при движении одного тела по поверхности другого и направленная вдоль поверхности касания ...

БОЛЬШЕ НЕТ

ЕЩЕ ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ

Маска для управления своими сновидениями   Неужели мы научились управлять своими снами. По словам журналистки Сне...

  Влияние веса снаряда на дальность полета   Если взять два снаряда с равной площадью поперечного сечения, ...

БОЛЬШЕ НЕТ
Яндекс.Метрика