Электронно-дырочный переход

Теория

Полупроводниками назвали класс веществ, у которых с повышением температуры увеличивается проводимость, уменьшается электрическое сопротивление. Полупровод­ники обладают промежу­точными свойствами между проводниками и диэлектриками.

К полупроводникам относятся такие химические элементы, как германий, кремний, селен и многие другие твердые вещества, обла­дающие кристаллическим строением, окислы металлов, сернистые соединения и соединения селена. Полупроводники образуют компактную группу, расположенную в середине таблицы Менделеева (табл.1).

Группы период	I I	I I I	I V	V	VI	VI I
	^4Be	^5B	^6С
		^13Al	^14Si	^15P	^16S	^17Cl
		^31Ga	^32Ge	^33As	^34Se	^35Br
		^49Jn	^50Sn	^51Sb	^52Te	^53J	^54Xe
			^82Pb	^83Bi	^84Po	^85At

Рис. I. Группа элементарных полупроводников.

Основным свойством полупроводников является изменение их электропроводности под действием температуры, света, давления и при наличии незначительных примесей.

Рассмотрим строение типичного полупроводника – кремния.

При образовании кристалла кремния атомы сближаются настолько, что их электронные оболочки перекрываются. На внешней (валентной) оболочке кремния имеется 4 электрона, которые могут использоваться для образования связей с четырьмя соседними атомами (рис. 1). Такие связи называются парноэлектронными или ковалентными. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отщепляют от атомов и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами (рис2). Парноэлектронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический ток..С ростом температуры и освещенности кинетическая энергия валентных электронов повышается, эти связи могут разрушаться, образуя свободный электрон и "дырку". В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образуя электрический ток(рис3)

рис1. рис 2. Рис.3

Реальными частицами являются лишь свободные электроны (e). Дырочная проводимость вызвана движением связанных электронов, которые переходят от одного атома к другому, поочерёдно замещая друг друга, что эквивалентно движению “дырок” в противоположном направлении. “Дырке” условно приписывается положительный заряд. В чистых полупроводниках концентрация свободных электронов и “дырок” одинаковы. Электронно-дырочная проводимость называется собственной проводимостью.

Примесная проводимость – проводимость, обусловленная образованием свободных носителей заряда при внесении примесей иной валентности.

Донорная примесь. Оказывается, что при наличии примесей, например атомов мышьяка, даже при очень малой их концентрации, число свободных электронов возрастает во много раз. Атомы мышьяка имеют пять валентных электронов, четыре из них участвуют в создании ковалентной связи данного атома с окружающими, например с атомами германия. Пятый валентный электрон оказывается слабо связан с атомом. Он легко покидает атом мышьяка и становится свободным. Концентрация свободных электронов значительно возрастает, и становится в тысячу раз больше концентрации свободных электронов в чистом полупроводнике. Примеси, легко отдающие электроны называют донорными, и являются полупроводниками n-типа(от слова negative – отрицательный). В полупроводнике n-типа электроны являются основными носителями заряда, а дырки – не основными.

Рис 2. Рис 3.

Акцепторные примеси. Если в качестве примеси использовать индий, атомы которого трехвалентны, то характер проводимости полупроводника меняется. Теперь для образования нормальных парно-электронных связей с соседями атому индия не достает электрона. В результате образуется дырка. Число дырок в кристалле равно числу атомов примеси. Такого рода примеси называют акцепторными (принимающими). При наличии электрического поля дырки перемешаются по полю и возникает дырочная проводимость(рис3.) Полупроводники с преобладанием дырочкой проводимости над электронной называют полупроводниками р-типа (от слова positive — положительный).

Область на границе двух полупроводников с различными типами электропроводности называется электронно-дырочным или р-n переходом. Этот переход не удастся получить путем механического соединения двух полупроводников различных типов, т.к. при этом получается слишком большой зазор между полупроводниками. Поэтому в одну из поверхностей образца вплавляют индий. Вследствие диффузии атомов индия в глубь монокристалла германия у поверхности германия преобразуется область с проводимостью р-типа. Между областями возникает p-n переход, который обладает свойством односторонней проводимостьи: если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области “-“ источника тока, р-n-переход будет проводить электрический ток за счет основных носителей заряда. Электроны из области n пойдут в р-область, а «дырки» из р-области в n-область. В случае обратного подключения ток образован неосновными подвижными носителями заряда р- и n-областей, концентрация которых очень мала по сравнению с концентрацией основных носителей, то обратный ток оказывается значительно меньше прямого тока и очень мало зависит от обратного напряжения (рис4). Электронно-дырочный переход представляет собой полупроводниковый диод, обладающий способность n – p -перехода пропускать ток практически только в одном направлении. Полупроводниковые диоды изготовляют из германия, кремния. селена и других веществ. В электрической схеме диод обозначается символом

При наложении электрического поля в одном направлении сопротивление полупроводникавелико,в обратном - сопротивление мало.

На рис 4. показана вольтамперная характеристика полупроводникового диода.

Электронно-дырочный переход представляет собой полупроводниковый диод, обладающий способность n – p -перехода пропускать ток практически только в одном направлении. Полупроводниковые диоды изготовляют из германия, кремния. селена и других веществ. В электрической схеме диод обозначается символом

При наложении электрического поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, в обратном - мало. Полупроводниковый диод применяется для выпрямления переменного тока.

Дата добавления: 2014-12-08