Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Общие свойства полупроводников




Кроме проводников и диэлектриков в природе существует также большое количество веществ, называемых полупроводниками.

Проводимость полупроводников зависит от внешних условий, прежде всего от температуры. При низких температурах они проявляют свойства диэлектрика, при высоких температурах становятся проводниками.

Это свойство позволят полупроводники использовать для изготовления термометров, способных к использованию в широком диапазоне температур, от самых низких до самых высоких, а также в качестве очень чувствительных датчиков в терморелейных устройствах. Такие полупроводники называются термисторами.

Есть такие полупроводники, проводимость которых зависит от освещённости. В темноте они диэлектрики, а на свету становятся проводниками. Такие полупроводники называют фотосопротивлениями. Они широко используются для измерения освещённости, в конструкции фотометров и фотоэкспонометров для фотографирования.

Большое применение в электротехнике, электронике и радиотехнике получили полупроводниковые диоды и триоды – транзисторы.

На их основе созданы самые различные виды полупроводниковых выпрямителей, усилителей, генераторов, микросхемы компьютеров. Используют полупроводниковые источники тока, преобразующие тепловую энергию в электрическую, а также фотоэлементы, фотодиоды и светодиоды, полупроводниковые лазеры, где происходят преобразования световой энергии в электрическую и наоборот.

По сравнению с приборами на электронных лампах у полупроводниковых приборов имеются следующие достоинства:

1) малый вес и малые размеры (вплоть до микроскопических)

2) отсутствие затраты энергии на питание нитей накала

3) большой срок службы

4) большая механическая прочность

5) возможность работать от источников тока с низкими ЭДС

6) выпрямители, генераторы, усилители на полупроводниках обладают высоким КПД, так как потери энергии в самих приборах незначительны.

 

 

  1. Собственная проводимость полупроводников.

Полупроводники, используемые в технике – кристаллы. Элементы, находящиеся в центре таблицы Менделеева чаще всего являются полупроводниками. Например, германий, кремний, селен, индий, сурьма и др. Могут быть полупроводниками и молекулярные соединения, например, закись мели – Cu O.

Рассмотрим полупроводники атомарной структуры. Как правило, они представляют собой кристаллическую решётку, построенную на основе ковалентной (парноэлектронной) связи.

На рис. 37 изображена плоская схема кристаллической решётки германия. Германий принадлежит к 4-ой группе таблицы Менделеева, следовательно, у его атома на внешнем электронном уровне расположены 4 слабо связанных с атомами электрона, которые осуществляют связь между данным и соседним атомами, за счёт того, что каждая пара соседних атомов имеет по паре общих электронов. Связи между атомами изображены на рис. пунктирными стрелками.

 

Рис. 37

Если состав полупроводника однороден, т.е. представляет собой чистое вещество без примесей, то полупроводник обладает так называемой собственной проводимостью.

Однако, только при температуре. предельно близкой к абсолютному нулю. кристаллическая решётка полупроводника устроена так, как показано на рис. 33. При комнатных температурах часть валентных электронов покидают свои места в атомах и становятся свободными как у металлов.

При отсутствии электрического поля они движутся хаотично, подобно молекулам идеального газа в пределах всего кристалла.

Те места, которые были покинуты электронами, обладают объёмным положительным зарядом и тоже способностью перемещаться по решётке, захватывая электроны соседних атомов. Их уподобляют виртуальным заряженным частицам, заряд которых равен +е00 – элементарный электрический заряд). Эти частицы называют «дырками». Они также как и свободные электроны в отсутствии электрического поля движутся хаотически в пределах всей кристаллической решётки.

При этом возникают акты рекомбинации электронно-дырочных пар. При постоянной температуре процессы образования и рекомбинации электронно-дырочных пар происходят в условиях термодинамического равновесия. При увеличении температуры, концентрация электронов и дырок возрастает, что ведёт к увеличению проводимости полупроводника.

Под действием электрического поля электроны и дырки приходят в направленное движение, образуя электрический ток; причём «дырки» движутся в направлении силовых линий, а электроны в противоположную сторону.

здесь j – плотность тока, е – элементарный заряд, n – концентрация свободных электронов, равная концентрации «дырок», u+ - средняя скорость направленного движения дырок, u- - средняя скорость направленного движения свободных электронов.

Согласно квантовой зонной теории проводимости, у полупроводников между валентной зоной и зонной проводимости находится запрещённая зона, однако в отличие от диэлектриков энергетическая ширина запрещенной зоны соизмерима со средним значением кинетической энергии электронов, и поэтому наиболее энергичные из них могут оказаться в зоне проводимости.

Зонная схема полупроводника с собственной проводимостью изображена на рис. 38

Рис. 38

При увеличении температуры всё большее количество электронов может оказаться в зоне проводимости и переходит в ней с одного энергетического подуровня на другой. В то же время в валентной зоне образуются незаполненные подуровни («дырки»), на которые могут переходить электроны с других подуровней валентной зоны. Но если в отсутствии электрического поля эти переходы носят хаотический характер, то под действием поля свободные электроны преимущественно переходят на более высокие подуровни зоны проводимости, а «дырки» на более низкие подуровни валентной зоны.

Полупроводники, у которых ширина запрещённой зоны соизмерима с энергией кванта видимого или ультрафиолетового света (Wзапр=hν) являются фотосопротивлениями.

Поглощая квант света, электроны приобретают энергию, достаточную, чтобы очутиться в зоне проводимости. Чем больше интенсивность света (чем светлее). тем больше электронов появляется в зоне проводимости и соответственно столько же «дырок» образуется в валентной зоне.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-05-06; Просмотров: 2508; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.