Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова електропро-відність напівпровідників

План

Електричний струм у напівпровідниках. Залежність опору напівпровідників від температури. Власна та домішкова електропровідність напівпровідників.

Запитання для самоперевірки

1. Що називають вакуумом?

2. Що таке термоелектронна емісія?

3. Поясніть будову вакуумного діода.

4. Побудувавши схему досліду, поясніть принцип роботи вакуумного діода.

5. Побудуйте вольт-амперну характеристику вакуумного діода.

6. Які функції може виконувати діод?

7. Які закономірності електричного струму у вакуумі? Чи виконується для струму у вакуумі закон Ома?

8. Що розуміють під електронним променем (пучком)?

9. Які властивості електронних променів (пучків) ви знаєте?

10. Нарисуйте схему і поясніть принцип дії електронно-променевої трубки.

11. Наведіть приклади застосування струму у вакуумі.

1.Електричний струм у напівпровідниках. Власна та домішкова електропровідність напівпро-відників

2.Напівпровідників n- і р-типів

Питомий опір низки елементів (кремнію, германію, селену тощо) та деяких оксидів, сульфідів, телуридів з підвищенням температури не зростає, як у металів, а, навпаки, різко зменшується (рис. 4.3.10). Такі речовини назвали напівпровідниками. Як видно з графіка, при температурах, що наближаються до абсолютного нуля, питомий опір різко зростає, тобто при низьких температурах T напівпровідник веде себе як діелектрик. Зі зростанням температури питомий опір напівпровідників швидко зменшується.

Пояснимо ці закономірності, розглянувши будову напівпровідників на прикладі чотиривалентного елемента силіцію (рис. 4.3.11). Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою ковалентного (парноелектронного) зв'язку. У темноті і при низьких температурах усі електрони зайняті в ковалентних зв'язках. Вільних носіїв у кристалі напівпровідника немає (n), отже I = q ₀ nS = 0, тому кристал не проводить струму і його опір великий. За цих умов напівпровідник схожий на ізолятор. З підвищенням температури кристала (або під час попадання на нього світла) деякі ковалентні зв'язки руйнуються. На місці кожного розірваного зв'язку відразу утворюється вакантне місце з нестачею електрона. Його називають діркою. Оскільки дірка переміщується в кристалі, як і вільний носій в електричного заряду, то їй приписують позитивний заряд. Якщо діє зовнішнє електричне поле, в кристалі напівпровідника виникає впорядковане переміщення дірок і до електричного струму вільних електронів додається електричний струм, пов'язаний з переміщенням дірок (діркова провідність).

Провідність чистих напівпровідників, що не мають ніяких домішок, називають власною провідністю напівпровідників.

Власна провідність напівпровідників невелика, оскільки малою є кількість вільних електронів. Особливість напівпровідників полягає в тому, що в них за наявності домішок поряд із власною провідністю виникає додаткова - домішкова провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна суттєво змінити кількість носіїв заряду того або того знака, а отже, створити напівпровідники з переважаючою концентрацією чи позитивно, чи негативно заряджених носіїв. Наприклад, внесемо в чотиривалентний кремній Si невелику кількість п'ятивалентного арсену (As) (рис. 4.3.12). Чотири електрони арсену (As) утворюють ковалентні зв'язки із сусідніми атомами силіцію (Si), а п'ятий одразу стає вільним. Домішки, що легко віддають електрони, і, отже, збільшують кількість вільних носіїв, називають донорними домішками.

Дата добавления: 2014-01-06