Ток в полупроводнициТок в полупроводници

урок

1. Полупроводници Твърди вещества, чието специфично съпротивление е

значително по-голямо от това на проводниците и по-малко от това на диелектриците.

Електричната им проводимост се изменя в широки граници - от “добър изолатор” до “добър проводник”

Електричните им свойства се определят от техния строеж.

Най-широко използвани полупроводници са елементите силиций и германий , а също и въглерод.

2. СТРОЕЖ НА ПОЛУПРОВОДНИЦИТЕ

e

Имат атомна кристалната решетка. Ковалентна химичната връзка между атомите - осъществява се чрез електронни двойки. (4 валентни електрони за всеки атом Si или Ge) В идеален кристал полупроводниците се проявяват като диелектрик. При стайна температура имат много слаба електропроводимост. При нагряване, облъчване, при осветяване на кристала и др., може да се отдели електрон.

аа) Токови носител) Токови носителии Свободните електрони в полупроводника се наричат n-носители

(negative). Мястото на откъсналия се електрон остава незаето – дупка

(некомпенсиран положителен заряд). Нарича се р-носител. Дупката може да привлече електрон от съседен атом и връзката

да се запълни. Това води до възникване на нова дупка в съседния атом, в която

може да премине електрон от друг атом и т.н. Така електроните и дупките извършват хаотично движение в

кристала.

! Токовите носители в полупроводниците са

електроните и дупките.

б) б) СОБСТВЕНА ПРОВОДИМОСТСОБСТВЕНА ПРОВОДИМОСТ

Атом, от който се е отделил е-, остава с некомпенсиран (+) заряд. Вакантното място може да се запълни от друг е-, привлечен от съседен атом. Така (+) заряд възниква на друго място.

Вакантните места, наречени дупки се преместват в кристала.

Ако няма електрично поле, преместването на е- и дупки е хаотично.

При създаване на ел. поле - движението им е насочено: дупките по посока на интензитета на полето, а е- в противоположна.

В чистите полупроводници свободни електрони и дупки възникват само при разкъсване на връзките между атомите: на всеки свободен електрон съответства една дупка.

Проводимостта на чисти полупроводници се наричат собствена проводимост.

3. Зависимост на съпротивлението от 3. Зависимост на съпротивлението от температурататемпературата

0

ρ

Т

С увеличаване на Т съпротивлението много бързо намалява. Например за чист Si на всеки 10 оС съпротивлението намалява два пъти.

Малка собствена проводимост голямо съпротивление.

Термистор или терморезистор - това е термочувствителен резистор, направен от полупроводников материал

(агромерирана смес от сулфиди, селениди , никелов окис, манган, желязо, кобалт, мед, магнезий, титан, уран и други метали). Тази смес се прави на малки топчета (маниста), дискове, сърцевини (обикновенно в херматизирано стъкло или епоксидна смола) и шайби.

Намират приложение най-често като: термостатиращо реле за контрол и регулиране на температурата в пещи; за измерване на Т чрез измерване на тока във верига; за дистанционно измерване на Т; за противопожарна сигнализация...

С помощта на термистори се измерват температури в интервала от 170 К го 570 К, но има и такива, които работят при много високи или много ниски температури.

4.4. Зависимост на проводимостта от Зависимост на проводимостта от осветяванетоосветяването

Във верига, в която е включен полупроводник, токът значително нараства, ако той се освети. За сметка на енергията, погълната при осветяването му, се получава допълнителен брой освободени електрони и сътветно дупки, с което концентрацията на токоносителите се увеличава. Това води до по-голяма проводимост, а съпротивлението намалява.

Ефектът на изменение на съпротивлението на полупроводника под действието на светлината се използва в прибори наречени фоторезистори. Те имат малки размери и голяма чувстителност в промените в осветяването, което ги прави удобни за регистриране и измерване на слаби светлинни потоци.   

5. Примесна проводимост

За получаване на повече токови носители в полупроводников кристал се внасят атоми на други химични елементи, наречени примеси.

Процесът се нарича легиране.

а) Донорна, n-тип проводимост Ако заместим силициев атом с

атом на фосфора (V гр.) в силициев кристал. Петият фосфорен електрон не може да участва в ковалентна връзка, тъй като те са запълнени с електрони на силиция. Той се оказва много слабо свързан с атома на фосфора и лесно преминава от свързано в свободно състояние.

Голяма част от примесните атоми губят своите “излишни” електрони. Примесните електрони се добавят към собствените носители на полупроводника.

Примесните атоми, които отдават електрони, се наричат донори.

Полупроводници, в които проводимостта се определя от свободните електрони на донора, се наричат полупроводници с елекронна проводимост или полупроводници от n – тип.

б) Акцепторна, p-тип проводимост При заместване на силициев

атом с атом на In (IIIгр.) в силициевия кристал, една от ковалентните връзки със съседните атоми остава свободна. За запълването и там трябва да премине електрон от друг силициев атом.

След приемането на електрон атомът на индия се превръща в отрицателен йон, а свободната връзка вече се намира между два атома на Si, където се появява “дупка”.

Дупките са повече от свободните електрони, поради което са основен носител на заряда.

Примесни атоми, които приемат електрони се наричат акцептори.

Полупроводници, в които проводимостта се определя от

създадените, от акцепторите дупки, се наричат полупроводници от р-тип.

в) Основни носители

Преобладаващия тип носители се наричат основни.

Това са носителите получени от примесите в полупроводника.

БЛАГОДАРЯ ЗА ВНИМАНИЕТО!