Pro zvýšení děrové vodivosti polovodiče je nutné. Elektrický proud v polovodičích

Polovodiče jsou materiály, které, když normální podmínky jsou dielektrika, ale s rostoucí teplotou se stávají vodiči. To znamená, že v polovodičích se zvyšující se teplotou odpor klesá.

Struktura polovodiče na příkladu křemíkového krystalu

Zvažme strukturu polovodičů a hlavní typy vodivosti v nich. Jako příklad uvažujme křemíkový krystal.

Křemík je čtyřmocný prvek. V důsledku toho jsou v jeho vnějším obalu čtyři elektrony, které jsou slabě vázány k jádru atomu. Každý z nich má ve svém sousedství další čtyři atomy.

Atomy se vzájemně ovlivňují a tvoří kovalentní vazby. Na takové vazbě se podílí jeden elektron z každého atomu. Schéma křemíkového zařízení je znázorněno na následujícím obrázku.

obrázek

Kovalentní vazby jsou poměrně silné a nízké teploty nelámat. Proto v křemíku nejsou žádné volné nosiče náboje a při nízkých teplotách je to dielektrikum. V polovodičích existují dva typy vodivosti: elektronová a dírová.

Elektronická vodivost

Když se křemík zahřeje, dodá se mu dodatečná energie. Kinetická energie částic se zvýší a některé kovalentní vazby se přeruší. Vznikají tak volné elektrony.

V elektrickém poli se tyto elektrony pohybují mezi uzly krystalové mřížky. V tomto případě se v křemíku vytvoří elektrický proud.

Protože hlavními nosiči náboje jsou volné elektrony, tento typ vodivosti se nazývá elektronická vodivost. Počet volných elektronů závisí na teplotě. Čím více křemík zahříváme, tím více kovalentní vazby se rozbije, a proto se objeví více volných elektronů. To vede ke snížení odporu. A křemík se stává vodičem.

Vodivost otvoru

Při přerušení kovalentní vazby se na místě uniklého elektronu vytvoří prázdná pozice, kterou může obsadit jiný elektron. Toto místo se nazývá díra. Otvor má nadměrný kladný náboj.

Poloha díry v krystalu se neustále mění; Pokud není žádné elektrické pole, pak je pohyb otvorů náhodný, a proto nedochází k žádnému proudu.

Při jeho přítomnosti vzniká uspořádaný pohyb děr a kromě proudu, který vytvářejí volné elektrony, existuje i proud, který vytvářejí díry. Otvory se budou pohybovat opačným směrem než elektrony.

V polovodičích je tedy vodivost elektronová díra. Proud je vytvářen jak elektrony, tak dírami. Tento typ vodivosti se také nazývá vlastní vodivost, protože se jedná o prvky pouze jednoho atomu.

Polovodiče zaujímají v elektrické vodivosti mezilehlé místo mezi vodiči a nevodiči elektrického proudu. Skupina polovodičů zahrnuje mnohem více látek než skupiny vodičů a nevodičů dohromady. Nalezeni nejcharakterističtější zástupci polovodičů praktické využití v technologii jsou germanium, křemík, selen, telur, arsen, oxid měďný a velké množství slitin a chemické sloučeniny. Téměř všechny anorganické látky svět kolem nás – polovodiče. Nejběžnějším polovodičem v přírodě je křemík, který tvoří asi 30 % zemské kůry.

Kvalitativní rozdíl mezi polovodiči a kovy se projevuje především v závislosti měrného odporu na teplotě. S klesající teplotou klesá odpor kovů. U polovodičů se naopak odpor s klesající teplotou zvyšuje a v blízkosti absolutní nuly se prakticky stávají izolanty.

V polovodičích se s rostoucí teplotou zvyšuje koncentrace volných nosičů náboje. Mechanismus elektrického proudu v polovodičích nelze vysvětlit v rámci modelu volného elektronového plynu.

Atomy germánia mají ve vnějším obalu čtyři slabě vázané elektrony.Říká se jim valenční elektrony. V krystalové mřížce je každý atom obklopen svými čtyřmi nejbližšími sousedy. Vazba mezi atomy v krystalu germania je kovalentní, to znamená, že ji uskutečňují dvojice valenčních elektronů. Každý valenční elektron patří dvěma atomům. Valenční elektrony v krystalu germania jsou mnohem silněji vázány na atomy než v kovech; Proto je koncentrace vodivostních elektronů při pokojové teplotě v polovodičích o mnoho řádů nižší než v kovech. V blízkosti absolutní nuly v krystalu germania jsou všechny elektrony obsazeny tvorbou vazeb. Takový krystal nevede elektrický proud.

S rostoucí teplotou mohou některé valenční elektrony získat dostatek energie k přerušení kovalentních vazeb. Poté se v krystalu objeví volné elektrony (vodivé elektrony). Zároveň se tvoří volná místa v místech, kde dochází k porušení vazeb, která nejsou obsazena elektrony. Tato volná místa se nazývají „díry“.

Při dané teplotě polovodiče se za jednotku času vytvoří určitý počet párů elektron-díra. Zároveň to jde obrácený proces– když se volný elektron setká s dírou, obnoví se elektronová vazba mezi atomy germania. Tento proces se nazývá rekombinace. Páry elektron-díra mohou také vznikat, když je polovodič osvětlen energií elektromagnetického záření.

Pokud je vložen polovodič elektrické pole, pak se na uspořádaném pohybu podílejí nejen volné elektrony, ale i díry, které se chovají jako kladně nabité částice. Proto se proud I v polovodiči skládá z proudů elektronu I n a díry I p: I = I n + I p.

Koncentrace vodivostních elektronů v polovodiči je rovna koncentraci děr: n n = n p. Mechanismus vodivosti elektronových děr se projevuje pouze u čistých (tj. bez příměsí) polovodičů. Říká se tomu vlastní elektrická vodivost polovodičů.

V přítomnosti nečistot se elektrická vodivost polovodičů velmi mění. Například přidáním nečistot fosfor do krystalu křemík v množství 0,001 atomového procenta snižuje měrný odpor o více než pět řádů.

Polovodič, do kterého je zavedena nečistota (tj. část atomů jednoho typu je nahrazena atomy jiného typu), se nazývá nečistotou nebo dopovaným.

Existují dva typy vodivosti nečistot – elektronická a děrová vodivost.

Tedy při dopingu čtyřvalence germanium (Ge) nebo křemík (Si) pětivalentní - fosfor (P), antimon (Sb), arsen (As) V místě atomu nečistoty se objeví další volný elektron. V tomto případě se nečistota nazývá dárce .

Při dopování čtyřmocného germania (Ge) nebo křemíku (Si) trojmocným - hliník (Al), indium (Jn), bor (B), galium (Ga) - objeví se čárová díra. Takové nečistoty se nazývají akceptor .

Ve stejném vzorku polovodičového materiálu může mít jedna sekce p - vodivost a další n - vodivost. Takové zařízení se nazývá polovodičová dioda.

Předpona „di“ ve slově „dioda“ znamená „dvě“, znamená to, že zařízení má dvě hlavní „části“, dva polovodičové krystaly těsně vedle sebe: jeden s p-vodivostí (toto je zóna R), druhá - s n - vodivostí (toto je zóna P). Polovodičová dioda je ve skutečnosti jeden krystal, do jehož jedné části je zavedena donorová nečistota (zóna P), k druhému - akceptoru (zóně R).

Pokud připojíte baterii k diodě konstantní tlak"plus" do zóny R a „mínus“ do zóny P, pak volné náboje - elektrony a díry - budou spěchat k hranici a spěchat k pn přechodu. Zde se vzájemně neutralizují, nové náboje se přiblíží k hranici a v obvodu diody se vytvoří konstantní proud. Jedná se o tzv. přímé zapojení diody - intenzivně se jí pohybují náboje a obvodem protéká poměrně velký stejnosměrný proud.

Nyní změňme polaritu napětí na diodě a, jak se říká, zapni ji obráceně - připojte „plus“ baterii k zóně P,"mínus" - do zóny R. Volné náboje budou staženy z hranice, elektrony se přesunou do „plus“, díry do „mínusu“ a v důsledku toho se pn přechod změní v zónu bez volných nábojů, v čistý izolant. To znamená, že se obvod přeruší a proud v něm se zastaví.

Diodou bude stále protékat malý zpětný proud. Protože kromě hlavních volných nábojů (nosičů náboje) - elektronů, v zóně P, a otvory v zóně p - v každé ze zón je také zanedbatelné množství nábojů opačného znaménka. Jsou to jejich vlastní menšinové nosiče náboje, existují v jakémkoli polovodiči, objevují se v něm díky tepelným pohybům atomů a jsou to oni, kdo vytváří zpětný proud diodou. Tyto náboje jsou relativně malé a zpětný proud je mnohonásobně menší než dopředný proud. Velikost zpětný proud silně závisí na teplotě životní prostředí, polovodičový materiál a plocha p-n přechod. Jak se plocha přechodu zvětšuje, zvětšuje se její objem, a proto se zvyšuje počet menšinových nosičů objevujících se v důsledku vytváření tepla a tepelného proudu. Charakteristiky proudového napětí jsou často pro přehlednost prezentovány ve formě grafů.

Podle konkrétní hodnoty elektrický odpor polovodiče okupovat mezilehlé místo mezi vodiči a dielektriky. Polovodiče zahrnují mnoho chemické prvky(germanium, křemík, selen, telur, arsen atd.), obrovské množství slitin a chemických sloučenin.

Kvalitativní rozdíl mezi polovodiči a kovy se projevuje především v závislosti měrného odporu na teplotě. S klesající teplotou klesá odpor kovů. U polovodičů se naopak odpor s klesající teplotou zvyšuje a v blízkosti absolutní nuly se prakticky stávají izolanty.

Závislost měrného odporu ρ čistého polovodiče na absolutní teplotě T.

Polovodičese nazývají látky, jejichž měrný odpor s rostoucí teplotou klesá.

Takový průběh závislosti ρ(T) ukazuje, že v polovodičích nezůstává koncentrace volných nosičů náboje konstantní, ale roste s rostoucí teplotou. Mechanismus elektrického proudu v polovodičích nelze vysvětlit v rámci modelu volného elektronového plynu. Vysvětlení jevů pozorovaných u vodičů je možné na základě zákonitostí kvantová mechanika. Podívejme se kvalitativně na mechanismus elektrického proudu v polovodičích s použitím germania (Ge) jako příkladu.

Atomy germánia mají ve vnějším obalu čtyři slabě vázané elektrony. Se nazývají valenční elektrony. V krystalové mřížce je každý atom obklopen svými čtyřmi nejbližšími sousedy. Vazba mezi atomy v krystalu germania je kovalentní, tedy prováděné dvojicemi valenčních elektronů. Každý valenční elektron patří dvěma atomům.

Valenční elektrony v krystalu germania jsou mnohem silněji vázány na atomy než v kovech; Proto je koncentrace vodivostních elektronů při pokojové teplotě v polovodičích o mnoho řádů nižší než v kovech. V blízkosti absolutní nuly v krystalu germania jsou všechny elektrony obsazeny tvorbou vazeb. Takový krystal nevede elektrický proud. S rostoucí teplotou mohou některé valenční elektrony získat dostatek energie k přerušení kovalentních vazeb. Pak se v krystalu objevívolné elektrony(vodivé elektrony). Zároveň se tvoří volná místa v místech, kde dochází k porušení vazeb, která nejsou obsazena elektrony.

Volná místa, která nejsou obsazena elektrony, se nazývají díry.

Volné místo může obsadit valenční elektron ze sousedního páru, poté se díra přesune na nové místo v krystalu. Při dané teplotě polovodiče se za jednotku času vytvoří určité množství páry elektron-díra.

Současně dochází k opačnému procesu - když se volný elektron setká s dírou, elektronová vazba mezi atomy germania se obnoví. Tento proces se nazývá rekombinace.

Rekombinace -obnovení elektronické komunikace mezi atomy.

Páry elektron-díra mohou také vznikat, když je polovodič osvětlen energií elektromagnetického záření.

V nepřítomnosti elektrického pole se vodivé elektrony a díry účastní chaotického tepelného pohybu.

Pokud je polovodič umístěn v elektrickém poli, pak se na uspořádaném pohybu podílejí nejen volné elektrony, ale také díry, které se chovají jako kladně nabité částice. Proto proud já v polovodiči se skládá z elektronu V a díra IP proudy: já = V + IP

Elektrický proud v polovodičíchnazývaný směrový pohyb elektronů ke kladnému pólu a děr k zápornému pólu.

Koncentrace vodivostních elektronů v polovodiči se rovná koncentraci děr: n n = n p. Mechanismus vodivosti elektronových děr se objevuje pouze u čistých (tedy bez nečistot) polovodičů. To se nazývá vlastní elektrickou vodivost polovodiče.

Vlastní elektrická vodivost polovodiče se nazývá mechanismus elektronového vedení, který se projevuje pouze u čistých (tedy bez příměsí) polovodičů.

V přítomnosti nečistot se elektrická vodivost polovodičů velmi mění.

Vodivost nečistotnazývaná vodivost polovodičů v přítomnosti nečistot.

Nezbytnou podmínkou pro prudký pokles měrného odporu polovodiče při vnesení nečistot je rozdíl v mocenství atomů nečistot od mocenství hlavních atomů krystalu.

Existují dva typy vodivosti nečistot - elektronický A otvor vodivost.

1. Elektronická vodivost nastává, když je vložen polovodičový krystal nečistota s vyšší mocností.

Například pětimocné atomy arsenu, As, jsou zavedeny do krystalu germania s čtyřmocnými atomy.

Obrázek ukazuje pětimocný atom arsenu nalezený v místě krystalové mřížky germania. Čtyři valenční elektrony atomu arsenu jsou zahrnuty do tvorby kovalentních vazeb se čtyřmi sousedními atomy germania. Pátý valenční elektron se ukázal být navíc; snadno se odtrhne od atomu arsenu a uvolní se. Atom, který ztratil elektron, se stává kladným iontem umístěným na místě v krystalové mřížce.

Donorová příměs– se nazývá příměs atomů s mocenstvím přesahujícím mocenství hlavních atomů polovodičového krystalu.

V důsledku jeho zavedení se v krystalu objeví značné množství volných elektronů. To vede k prudkému poklesu měrného odporu polovodiče - tisíckrát a dokonce milionkrát. Odpor vodiče s vysokým obsahem nečistot se může blížit odporu kovového vodiče.

V krystalu germania s příměsí arsenu jsou elektrony a díry zodpovědné za vlastní vodivost krystalu. Ale hlavním typem volných nosičů náboje jsou elektrony oddělené od atomů arsenu. V takovém krystalu n n >> n p.

Vodivost, ve které jsou hlavními nositeli volného náboje elektrony, se nazývá elektronický

Polovodič, který má elektronickou vodivost, se nazývá polovodič typu n.

1. Vodivost otvoru nastává, když nečistota s menší valence.

Například trojmocné atomy In jsou zavedeny do krystalu germania.

Obrázek ukazuje atom india, který pomocí svých valenčních elektronů vytvořil kovalentní vazby pouze se třemi sousedními atomy germania. Atom india nemá elektron k vytvoření vazby se čtvrtým atomem germania. Tento chybějící elektron může být zachycen atomem india z kovalentní vazby sousedních atomů germania. V tomto případě se atom india změní na negativní iont umístěný v místě krystalové mřížky a v kovalentní vazbě sousedních atomů se vytvoří vakance.

Nečistota akceptoru –volal pSměs atomů s mocenstvím menším, než je valence hlavních atomů polovodičového krystalu, které jsou schopny zachytit elektrony.

V důsledku zavedení akceptorové nečistoty se v krystalu rozbije mnoho kovalentních vazeb a vytvoří se vakance (díry). Do těchto míst mohou přeskakovat elektrony ze sousedních kovalentních vazeb, což vede k chaotickému bloudění děr po krystalu.

Přítomnost akceptorové nečistoty prudce snižuje měrný odpor polovodiče kvůli vzhledu velké číslo volné otvory. Koncentrace děr v polovodiči s příměsí akceptoru výrazně převyšuje koncentraci elektronů, která vznikla v důsledku mechanismu vlastní elektrické vodivosti polovodiče: n p >> n n.

Vodivost, ve které jsou hlavními volnými nosiči náboje díry, se nazývá vodivost otvoru.

Nazývá se děrově vodivý polovodič polovodič typu p.

Je třeba zdůraznit, že vodivost děr je ve skutečnosti způsobena pohybem elektronů vakancemi od jednoho atomu germania k druhému, které provádějí kovalentní vazbu.

Závislost elektrické vodivosti polovodičů na teplotě a osvětlení

1. V polovodičích s rostoucí teplotou pohyblivost elektronů a děr klesá, ale to nehraje významnou roli, protože když je polovodič zahříván, kinetický energie valenčních elektronů se zvyšuje a jednotlivé vazby se lámou, což vede ke zvýšení počtu volných elektronů, tedy ke zvýšení elektrické vodivosti.

1. Při osvětlení polovodič, objevují se v něm další nosiče, kterévede ke zvýšení jeho elektrické vodivosti.K tomu dochází v důsledku světelného odstraňování elektronů z atomu a současného zvýšení počtu elektronů a děr.

Lekce č. 41-169 Elektřina v polovodičích. Polovodičová dioda. Polovodičová zařízení.

Polovodič je látka, jejíž měrný odpor se může měnit v širokém rozsahu a s rostoucí teplotou velmi rychle klesá, což znamená, že se zvyšuje elektrická vodivost. Je pozorován v křemíku, germaniu, selenu a v některých sloučeninách. Mechanismus vedení v polovodičích Polovodičové krystaly mají atom krystalová mřížka, Kde vnější elektrony spojeny se sousedními atomy kovalentními vazbami. Při nízkých teplotách čisté polovodiče nemají žádné volné elektrony a chovají se jako izolant. Pokud je polovodič čistý (bez nečistot), pak má vlastní vodivost (malou). Vlastní vodivost je dvou typů: 1) elektronická (vodivost “ P"-typ) Při nízkých teplotách v polovodičích jsou všechny elektrony spojeny s jádry a odpor je vysoký; S rostoucí teplotou se zvyšuje kinetická energie částic, rozpadají se vazby a objevují se volné elektrony - odpor klesá. Volné elektrony se pohybují proti vektoru síly elektrického pole Elektronová vodivost polovodičů je způsobena přítomností volných elektronů 2) (vodivost typu „p“ se ničí kovalentní vazby mezi valenčními elektrony a chybí). vzniká elektron - jeho místo může být nahrazeno valenčními elektrony. Pohyb "díry" je ekvivalentní pohybu kladného náboje Přerušení kovalentních vazeb a vznik vlastní vodivosti polovodičů může být způsoben zahřátím, osvětlením (fotovodivost) a působením silných elektrických polí. Závislost R(t): termistor
- dálkové měření t; - požární hlásič

Celková vodivost čistého polovodiče je součtem vodivosti typu „p“ a „n“ a nazývá se vodivost elektronových děr. Polovodiče s nečistotami Mají vlastní vodivost a vodivost nečistot. Přítomnost nečistot výrazně zvyšuje vodivost. Při změně koncentrace nečistot se mění počet nosičů elektrického proudu – elektronů a děr. Schopnost řídit proud je základem širokého použití polovodičů. Existují následující nečistoty: 1) dárcovské nečistoty (rozdávání) – jsou doplňkové dodavatelé elektronů do polovodičových krystalů, snadno darují elektrony a zvyšují počet volných elektronů v polovodiči. To jsou dirigenti" n "-typu, tj. polovodiče s donorovými nečistotami, kde hlavním nosičem náboje jsou elektrony a menšinovým nosičem náboje jsou díry. Takový polovodič má vodivost elektronických nečistot (například arsen). 2) akceptorové nečistoty (přijímače) vytvářejí „díry“ tím, že do sebe přijímají elektrony. Jedná se o polovodiče typu „p“, tzn. polovodiče s akceptorovými nečistotami, kde je hlavní nosič náboje díry, a menšina - elektrony. Takový polovodič má vodivost díry nečistoty (příklad - indium). Elektrické vlastnosti "p- n"přechody."pn" přechod (nebo přechod elektron-díra) je oblast kontaktu dvou polovodičů, kde se vodivost mění z elektronické na díru (nebo naopak). V Takové oblasti mohou být vytvořeny v polovodičovém krystalu zavedením nečistot. V kontaktní zóně dvou polovodičů s různou vodivostí bude probíhat vzájemná difúze elektronů a děr a vznikne blokovací bariéra. elektrická vrstva. Elektrické pole bariérové ​​vrstvy bránídalší přechod elektronů a děr přes hranici. Blokovací vrstva má ve srovnání s ostatními oblastmi polovodiče zvýšený odpor. V Vnější elektrické pole ovlivňuje odpor bariérové ​​vrstvy. V propustném (průchozím) směru vnějšího elektrického pole prochází proud rozhraním dvou polovodičů. Protože elektrony a díry se pohybují k sobě směrem k rozhraní, pak elektrony překročí hranici, zaplní díry. Tloušťka bariérové ​​vrstvy a její odpor se plynule zmenšují.

P Při blokování (obrácený směr vnějšího elektrického pole) proud neprojde kontaktní plochou dvou polovodičů. Protože elektrony a díry se pohybují od hranice v opačných směrech, pak blokující vrstva houstne, zvyšuje se jeho odolnost. Přechod elektron-díra má tedy jednosměrnou vodivost.

Polovodičová dioda- polovodič s jedním p-n přechodem.P
Polovodičové diody jsou hlavními prvky střídavých usměrňovačů.
Při použití elektrického pole: v jednom směru je odpor polovodiče vysoký, v opačném směru je odpor nízký.
Tranzistory.(z anglická slova přenos - přenos, rezistor - odpor) Uvažujme jeden z typů tranzistorů vyrobených z germania nebo křemíku s donorovými a akceptorovými nečistotami, které jsou do nich vneseny. Rozložení nečistot je takové, že mezi dvěma vrstvami polovodiče typu p se vytvoří velmi tenká (řádově několik mikrometrů) vrstva polovodiče typu n (viz obrázek). Tato tenká vrstva se nazývá základ nebo základna. V krystalu se tvoří dva R-n křižovatky, jejichž dopředné směry jsou opačné. Tři výstupy z oblastí s různé typy vodivost umožňuje zahrnout tranzistor do obvodu znázorněného na obrázku. S tímto spínačem doleva R-n-přechod je Přímo a odděluje bázi od oblasti s vodivostí typu p, tzv emitor. Kdyby nebylo právo R-n-přechod, v obvodu emitor-báze by byl proud závislý na napětí zdrojů (baterií B1 a zdroj střídavé napětí) a odpor obvodu, včetně nízkého odporu přímého přechodu emitor-báze. baterie B2 zapnuto tak, že vpravo R Přechod -n v obvodu (viz obrázek) je zvrátit Odděluje základnu od pravé oblasti s vodivostí typu p, tzv kolektor. Kdyby nezbylo R-n přechodu, proud v kolektorovém obvodu by byl blízký nule, protože odpor zpětného přechodu je velmi vysoký. Pokud je vlevo proud R-n přechodu, v kolektorovém obvodu se objeví proud a proud v kolektoru je jen o něco menší než proud v emitoru (pokud je na emitor přivedeno záporné napětí, pak vlevo R-n-přechod bude reverzní a v obvodu emitoru a kolektoru nebude prakticky žádný proud). Při vzniku napětí mezi emitorem a bází pronikají většinové nosiče polovodiče typu p - díry do báze, kde jsou již nosiči menšinovými. Vzhledem k tomu, že tloušťka báze je velmi malá a počet většinových nosičů (elektronů) v ní je malý, otvory, které se do ní dostanou, se téměř neslučují (nerekombinují) s elektrony báze a pronikají do kolektoru díky k difúzi. Že jo R Přechod -n je uzavřen pro hlavní nosiče náboje báze - elektrony, ale ne pro díry. Díry v rozdělovači se nechají unést elektrické pole a uzavřete okruh. Síla proudového větvení do obvodu emitoru ze základny je velmi malá, protože plocha průřezu základny v horizontální (viz obrázek výše) rovině je mnohem menší než průřez ve vertikální rovině.

Síla proudu v kolektoru je prakticky rovnající se síle proud v emitoru se mění s proudem v emitoru. Rezistor R má malý vliv na kolektorový proud a tento odpor může být poměrně velký. Řízením proudu emitoru pomocí zdroje střídavého napětí připojeného k jeho obvodu získáme synchronní změnu napětí na rezistoru R .

Při velkém odporu rezistoru může být změna napětí na něm desetitisíckrát větší než změna napětí signálu v obvodu emitoru. To znamená zvýšené napětí. Proto při zatížení R Je možné získat elektrické signály, jejichž výkon je mnohonásobně větší než výkon vstupující do obvodu emitoru.

Aplikace tranzistorů Vlastnosti R-n přechody v polovodičích se používají k zesílení a generování elektrických oscilací.

3

V této lekci se podíváme na takové médium pro průchod elektrického proudu, jako jsou polovodiče. Budeme zvažovat princip jejich vodivosti, závislost této vodivosti na teplotě a přítomnosti nečistot, budeme uvažovat o takovém konceptu, jako je p-n přechod a základní polovodičová zařízení.

Pokud vytvoříte přímé spojení, pak vnější pole zneutralizuje blokující pole a proud bude přenášen hlavními nosiči náboje (obr. 9).

Rýže. 9. p-n přechod s přímým připojením ()

Menšinový nosný proud je v tomto případě zanedbatelný, prakticky neexistuje. Proto p-n přechod zajišťuje jednosměrné vedení elektrického proudu.

Rýže. 10. Atomová struktura křemíku s rostoucí teplotou

Vodivost polovodičů je elektronová díra a taková vodivost se nazývá vlastní vodivost. A na rozdíl od vodivých kovů s rostoucí teplotou roste počet volných nábojů (v prvním případě se nemění), proto se s rostoucí teplotou zvyšuje vodivost polovodičů a klesá odpor (obr. 10).

Velmi důležitou otázkou při studiu polovodičů je přítomnost nečistot v nich. A v případě přítomnosti nečistot bychom již měli mluvit o vodivosti nečistot.

Polovodičová zařízení

Díky malým rozměrům a velmi vysoké kvalitě přenášených signálů jsou polovodičová zařízení velmi běžná v moderní elektronické technologii. Složení takových zařízení může zahrnovat nejen zmíněný křemík s nečistotami, ale také například germanium.

Jedním takovým zařízením je dioda - zařízení schopné propouštět proud v jednom směru a bránit jeho průchodu ve druhém. Získává se implantací polovodiče jiného typu do krystalu polovodiče typu p nebo n (obr. 11).

Rýže. 11. Označení diody na schématu a schématu jejího zařízení, resp

Další zařízení, nyní se dvěma p-n přechody, se nazývá tranzistor. Slouží nejen k volbě směru přenosu proudu, ale i k jeho transformaci (obr. 12).

Rýže. 12. Schéma struktury tranzistoru a jeho označení na elektrické schéma respektive ()

Je třeba poznamenat, že moderní mikroobvody používají mnoho kombinací diod, tranzistorů a dalších elektrických zařízení.

V další lekci se podíváme na šíření elektrického proudu ve vakuu.

Bibliografie

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fyzika (základní úroveň) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fyzika 10. třída. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fyzika. Elektrodynamika. - M.: 2010.

1. Principy činnosti zařízení ().
2. Encyklopedie fyziky a techniky ().

Domácí práce

1. Co způsobuje, že se v polovodiči objevují vodivé elektrony?
2. Jaká je vlastní vodivost polovodiče?
3. Jak závisí vodivost polovodiče na teplotě?
4. Jak se dárcovská nečistota liší od akceptorové nečistoty?
5. *Jaká je vodivost křemíku s příměsí a) galia, b) india, c) fosforu, d) antimonu?