Полупроводники – твердые тела, занимающие промежуточное место между проводниками и диэлектриками. К полупроводникам относятся либо чистые химические элементы третьей, четвертой, пятой групп таблицы Менделеева, либо их соединения.
Особенность полупроводников состоит в том, что в них имеется два рода носителей электрического заряда: электроны и дырки.
В качестве примера, рассмотрим элемент IV группы таблицы Менделеева: германий – Ge.
Германий имеет кристаллическую решетку, в узлах которой находятся атомы германия, у которых четыре валентных электрона свои, а четыре являются общими, т.е. принадлежат соседним атомам. Таким образом внешний слой получается полностью заполненным (ковалентная связь).
Рис.2.30
За счет внешних воздействий кристаллическая решетка не является идеальной, т.е. в ней существуют дефекты. При наличии дефектов часть электронов оказывается свободными и под действием внешнего электрического поля может начать перемещаться. Так возникает электронная проводимость.
По той же причине ряд химических связей оказываются незаполненными, в кристаллической решетке появляются дырки. Туда, где имеется незаполненная химическая связь, может попасть электрон, но, то место, где он был ранее, освободится, т.е. электрон и дырка поменяются местами. Поэтому можно сказать, что в полупроводнике под воздействием электрического поля возникает не только ток электронов, но и ток “дырок”. “Дырка” — такая квазичастица (“квази” – как бы) заряд которой по модулю равен заряду электрона, а масса равна массе электрона.
Увеличить число носителей заряда в полупроводнике можно с помощью привнесения в него определенных примесей. При этом возможны два случая:
1. Пусть один из атомов германия в кристаллической решетке замещен атомом элемента пятой группы таблицы Менделеева, например, мышьяком As. При этом появится один лишний электрон (пятый). Если атом мышьяка не один, то появятся свободные электроны, возникает примесная проводимость n-типа (от англ. negative – отрицательный).
Рис. 2.31
2. Пусть один из атомов германия замещен в кристаллической решетке на один из элементов третьей группы таблицы Менделеева, например, индием In. Тогда одна связь остается незаполненной, возникает примесная проводимость p-типа (от англ. positive – положительный).
Рис. 2.32
Образование p-n-перехода
Основным элементом большинства полупроводниковых элементов является p-n переход.
р-n переходом называется область на границе полупроводников р и n типов.
Условно р-n переход можно показать следующим образом:
Рис. 2.33
Свойства p-n-перехода:
1) Заряжен.
2) Обладает сопротивлением.
3) Обладает односторонней проводимостью.
р-n переход используется в полупроводниковых диодах.
Вопросы для самоподготовки
1. Природа носителей заряда в металлах.
2. Закон Ома и Джоуля-Ленца в электронной теории металлов.
3. Работа выхода электронов с поверхности металла.
4. Электронная эмиссия.
5. Собственная проводимость полупроводников.
6. Примесная проводимость.
7. Образование р-n перехода. Односторонняя проводимость диода.
ЛЕКЦИЯ 15
