Узнай об автоматике все - читай kip-help.narod.ru
Хочешь узнать ответ
на свой вопрос?
Напиши в редакцию!
|
|
Узнай об автоматике все - читай kip-help.narod.ru |
Хочешь узнать ответ на свой вопрос? Напиши в редакцию! |
| Полупроводники и типы их проводимости | Письмо в редакцию |
|
(собственная, n-типа, p-типа) Как известно из теории - все вещества состоят из атомов. Атомы, в свою очередь, состоят из ядер и электронов. Сила, связывающая электроны с ядром атома определяет такое свойство веществ, как проводимость. В металлах электроны, расположенные на внешнем слое электронной оболочки (валентные) - слабо связаны с ядром. В результате этого при обычной температуре в металле много оторвавшихся от своих ядер электронов, которые образуют электронный газ и обеспечивают проводимость. В диэлектрике электроны сильно связаны со своими ядрами и свободные носители зарядов (а следовательно и проводимость) отсутствуют.К полупроводникам относят кристаллы, в которых для освобождения электрона требуется энергия порядка 1-2 эВ. Это меньше, чем у диэлектриков, но больше, чем у металлов. При обычной температуре у некоторой части атомов полупроводника электроны отрываются от своих ядер (за счет энергии теплового движения) и становятся свободными. Эти электроны не могут быть захвачены соседними ядрами, т.к. у тех все валентные связи насыщены. С другой стороны образовавшийся положительный ион может захватить электрон у соседнего атома и стать нейтральным, а соседний атом станет положительным ионом. Таким образом происходит как бы перемещение положительных зарядов (называемых дырками) по кристаллу. Под действием электрического поля движение электронов и дырок упорядочивается - возникает электрический ток. Т.е. в чистом полупроводнике электрический ток обеспечивается движением равного количества электронов и дырок. Такой тип проводимости полупроводников называется собственной проводимостью. В чистом виде полупроводники обычно не используются. Образование используемых в промышленности, всем известных полупроводников n- и p- типов происходит при введении в чистые полупроводники различных примесей. Рассмотрим как это происходит на примере введения примесей в кристалл кремния. Как известно кремний является четырехвалентным и в чистом кристалле вступает в ковалентные связи с четырьмя такими же атомами, образуя структуру, изображенную на рисунке.
Если в узлах кристаллической решетки кремния часть атомов четырехвалентного кремния заменить на атомы пятивалентного мышьяка, то мышьяк так же образует ковалентные связи только с четырьмя атомами кремния (т.к. с ним соседствуют только четыре атома кремния, а остальные атомы расположены далеко), а его пятый валентный электрон остается не задействованным в связях.
Для перевода этого электрона в свободное состояние требуется совсем мало энергии, поэтому при обычной температуре почти все атомы мышьяка в кристалле кремния под действием теплового движения теряют один из своих электронов (который становится свободным) и становятся положительными ионами. В то же время энергия связи электронов с атомами кремния значительно выше энергии связи пятого (несвязанного) валентного атома мышьяка, поэтому положительный ион мышьяка не может захватить недостающий электрон у соседей и переноса положительного заряда не происходит. Примеси, введение которых приводит к образованию свободных электронов, называются донорными. Проводимость за счет свободных электронов, образованных введением примесей называется примесной электронной проводимостью. В полупроводниках с донорными примесями перемещаться (и обеспечивать прохождение тока) могут в основном электроны, а дырки - в основном неподвижны,- такие полупроводники называются полупроводниками n-типа. Здесь написано "в основном электроны", а не "только электроны", потому что любой полупроводник кроме примесной имеет еще и собственную проводимость, которая обеспечивается как электронами, так и дырками, однако собственная проводимость во много раз меньше примесной. Аналогично, если в узлах кристаллической решетки кремния часть атомов четырехвалентного кремния заменить на атомы трехвалентного индия, то индий, чтобы образовать ковалентные связи с четырьмя атомами кремния, захватывает электрон у одного из соседних атомов кремния. В результате этого атом индия становится отрицательным ионом, а атом кремния, у которого индий забрал электрон становится положительным ионом. Т.е. образуется свободно перемещающаяся между атомами кремния "дырка".
Здесь отрицательные ионы неподвижны, т.к. оторвать электрон от индия сложнее, чем от кремния. Примеси, введение которых приводит к образованию свободных дырок, называются акцепторными. Проводимость за счет свободных "дырок", образованных введением примесей называется примесной дырочной проводимостью. В полупроводниках с акцепторными примесями перемещаться (и обеспечивать прохождение тока) могут в основном дырки, а электроны - в основном неподвижны,- такие полупроводники называются полупроводниками p-типа. Так как с увеличением температуры в полупроводниках увеличивается количество свободных электронов и дырок (большее количество электронов может разорвать ковалентные связи), то проводимость полупроводников с ростом температуры увеличивается (в отличие от металлов). |
||
|
Решим для вас задачи по математике, физике, тау, программированию... |
||
|
|
© 2007 Материалы сайта охраняются законом об авторском праве |
