Электрический ток в полкпроводниках

МОУ Андреевская средняя общеобразовательная школа
Учитель физики
Шапкин В.А
Полупроводники – вещества,
удельное сопротивление которых
очень быстро убывает с
увеличением температуры.
Из графика видно, что при
температурах, близких к
абсолютному нулю, удельное
сопротивление полупроводников
очень велико.
Химические элементы,
обладающие свойствами
полупроводников образуют
группу, изображённую на
рисунке.
Рассмотрим плоскую
схему строения
кристалла кремния
(валентность равна 4).
Внешние электроны
слабо связаны с
атомом, кроме этого,
они связаны с
электронами соседних
атомов ковалентными
связями.
В чистых кристаллах
свободных электронов
нет.
Электропроводимость чистого полупроводника возможна, если связи между
атомами разрушаются. Например, нагревание, механическое воздействие
т.д. приводят к разрыву ковалентных связей, появлению свободных
электронов и возникновению собственной электронной проводимости,
проводимости n-типа (от латинского negativus – отрицательный).
С повышением температуры
увеличивается число
разорванных связей, что
приводит к увеличению
количества свободных
электронов и, как следствие,
понижение удельного
сопротивления. Таким образом,
при повышение температуры
удельное сопротивление
чистого полупроводника
уменьшается, что и показано на
графике
В том месте, откуда ушёл электрон, возникает избыток положительного
заряда, говорят, образуется дырка. Она ведёт себя как заряд. На
освободившееся место, дырку, может поместиться соседний электрон, а это
равносильно тому, что переместилась положительная дырка.
При наличии электрического поля и электроны, и дырки начинают
двигаться направленно: дырки – по направлению поля, электроны –
против поля. Электропроводность, обусловленная перемещением
дырок, называется дырочной проводимостью, или проводимостью
p-типа (от латинского positivus – положительный).
Собственная и примесная проводимость
полупроводников
Примеси вносят изменения в электропроводность полупроводников.
Пусть в кристаллической решётке один атом четырёхвалентного кремния
заменён атомом пятивалентного мышьяка.
Четыре электрона примесного атома вступят в ковалентные связи с
соседними атомами, а пятый, не вступив в связь, становится свободным.
При наличии электрического поля такие свободные электроны приходят
в движение. Полупроводники с такой примесью называются
полупроводниками n-типа.
А примесь, дающая дополнительные электроны – донорной.
При замене одного
атома кремния
трёхвалентным атомом
возникает недостаток
электронов для
создания всех
необходимых
ковалентных связей в
решётке, т.е. возникает
дырка, которая при
наличии электрического
поля может
передвигаться, т.е
полупроводник будет
обладать дырочной
проводимостью. Такой
полупроводник
называют
полупроводником pтипа, а примесь,
дающую дырки, –
акцепторной примесью.
p-n-переход и его свойства
p-n-переход образуется в кристалле полупроводника, в котором
образованы области с различной проводимостью путём внесения
соответствующих примесей, или при контакте двух полупроводников с
различным типом проводимости.
На границе электронно-дырочного перехода образуется запирающий
электрический слой. Электрическое поле этого слоя останавливает
диффузию электронов и дырок.
Для изучения
вольтамперной
характеристики
полупроводника с p-nпереходом используют
схему, приведённую на
рисунке.
При прямом включении (nполупроводник соединён с
отрицательным полюсом
источника тока, а рполупроводник – с
положительным)
электрический ток –
движение основных
носителей зарядов: в nполупроводнике –
электронов, в рполупроводнике – дырок.
Сопротивление будет
небольшим.
Вольтамперная
характеристика
представлена на графике.
При обратном включении контакт двух полупроводников
различного типа проводимости практически не проводит ток.
Полупроводниковые приборы
Электронно-дырочный переход обладает односторонней
проводимостью. Полупроводник с одним p-n-переходом называется
полупроводниковым диодом. Их изготовляют из германия, кремния,
селена и других веществ. На схемах диод изображают следующим
образом
Для получения
полупроводникового
диода в кристалл
германия впаивают
каплю индия. В
результате образуется
p-n-переход.
Транзистор – полупроводниковый прибор,
состоящий из трёх полупроводников, по
краями которого находятся полупроводники
одного типа проводимости: р-n-р или n-р-n
типа.
Средний кристалл называется базой, а
крайние – эмиттером и коллектором.
База обычно выполняется очень тонкой,
порядка несколько микрометров.
В электрических цепях переход эмиттер-база включается прямым
образом, а переход база-коллектор – обратным. Поэтому в эмиттерной
цепи протекает ток. Часть электронов, проскакивая базу, попадают в
коллектор в результате, несмотря на обратное включение, в
коллекторной цепи тоже возникает ток. Если в цепи эмиттера ток
прекратится, то и в коллекторной цепи он будет равен нулю. Таким
образом, меняя ток в эмиттерной цепи, мы сможем управлять током
цепи коллектора. Это используется, например, в транзисторных
усилителях напряжения.
Источник информации
Мякишев Г.Я. Физика: Учеб. для 10 кл. общеобразоват. учреждений/
Г.Я. Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский. - 10-е изд. М.:Просвещение, 2002
Касьянов В.А. Физика. 11 кл.: Учебн. для общеобразоват.
учреждений. 4-е изд., стереотип. - М.:Дрофа, 2004
Интернет-источники:
http://physics03.narod.ru/Interes/Doclad/svprov.htm
http://www.physel.ru/content/view/417/37/
http://elektrosait.boom.ru/optrikke.htm