Електропровідність напівпровідників

Класифікація та застосування напівпровідникових матеріалів

До напівпровідників належить широкий клас речовин, питомий електричний опір яких при нормальній температурі (20°) займає широкий проміжний інтервал між опором провідників і діелектриків 106-108Ом×м (14 порядків).

Наявність у напівпровідників двох типів електропровідності – електронної (n) та електронно-діркової (р) дозволяє створювати напівпровідникові прилади з p-n переходом. До них належать різні типи як потужних, так і малопотужних випрямлячів, генераторів.

Напівпровідникові прилади з успіхом можна використати для перетворення енергії випромінювання в електричну – сонячні батареї та термоелектричні генератори. За допомогою напівпровідників можна знизити температуру на кілька десятків градусів (автомобільні холодильники та кріогенні прилади).

Напівпровідники можна використовувати і як нагрівальні елементи (ксилітові стержні), як індикатори радіоактивного випромінювання, вимірники напруженості магнітного поля та ін.

У вузькому значенні напівпровідники – сукупність кількох груп найтиповіших речовин, напівпровідникові властивості котрих чітко виявляються вже при кімнатній температурі.

Виготовлені з напівпровідникових матеріалів прилади відзначаються важливими перевагами:

1) великий строк служби;

2) малі габарити та маса;

3) простота і надійність конструкції, значна механічна міцність (не бояться трясіння та ударів);

4) відсутність кіл розжарення – економність за потужністю споживання;

5) економічність (дешевизна) при масовому виробництві.

Розвиток електроніки твердого тіла та досягнення технології дозволили перейти від виготовлення окремих – дискретних приладів до створення монолітних вузлів електронної апаратури – мікросхем, яке сприяло подальшому зниженню маси, розмірів, енергоспоживання, вартості, підвищенню надійності.

Власні напівпровідники не містять домішок, які впливають на їх електропровідність. Їх зона провідності відокремлена від валентної забороненою зоною.

У випадку збудження власного напівпровідника одночасно створюються два носії зарядів з протилежними знаками (електрон у зоні провідності та дірка у валентній зоні), причому концентрація електронів дорівнює концентрації дірок.

Рухливості електронів та дірок неоднакові, звичайно електропровідність власного напівпровідника має слабо переважаючий електронний характер.

Домішкові напівпровідники використовуються в більшості напівпровідникових приладів. Тому на практиці використовують такі напівпровідники, у яких відчутна концентрація власних носіїв з’являється при можливо вищих температурах. Вільні носії заряду в робочому інтервалі температур поставляють домішкові атоми.

В простих напівпровідниках домішками служать сторонні атоми. В хімічних сполуках домішками є атоми сторонніх елементів та надлишкові за стехіометричним складом атоми елементів, що утворюють сполуку. Крім цього, роль домішок виконують різноманітні дефекти кристалічної решітки.

При цьому енергія активації домішкових атомів значно менша, ніж ширина забороненої зони основного напівпровідника. Тому вже в умовах кімнатної температури перекидання електронів домішки буде випереджати збудження електронів решітки. Позитивні заряди, що виникають у віддалених один від одного домішкових атомів залишаються локалізованими, тобто не можуть переміщуватись кристалом і брати участь в електропровідності. Провідність забезпечується збудженими електронами домішки, напівпровідник називають напівпровідником n-типу, а домішки, завдяки яким утворюються вільні електрони, донорними. Для основних чистих напівпровідників (Ge, Si) таку роль відіграють речовини п’ятої групи таблиці Менделєєва (фосфор, миш’як, сурма).

Акцептори. Внесення до напівпровідникового матеріалу домішок третьої групи (алюмінію, бору, індію) призводить до появи в забороненій зоні поблизу верхньої границі валентної зони незаповнених енергетичних рівнів. Атоми таких домішок легко забирають на ці локальні рівні електрони з валентної зони атомів основного матеріалу. Внаслідок цього виникають негативні іони домішки, а на місці обірваного валентного зв’язку основного атома – позитивний заряд, так звана дірка. Такі домішки називають акцепторними, а напівпровідники, в яких основними носіями зарядів є дірки – напівпровідниками р-типу.

Дата добавления: 2014-01-13