Рубрика: Электрический ток в полупроводниках равен

Электрический ток в полупроводниках равен

Полупроводники используются для изготовления следующих резисторов: Линейный резистор - удельное сопротивление практически не зависит от напряжения и тока. Является "элементом" интегральных схем; варистор - сопротивление зависит от приложенного напряжения; термистор - сопротивление зависит от температуры.

Интегрированный резистор - сопротивление зависит от температуры.

Существует два типа: термистор с ростом температуры сопротивление уменьшается, а позистор с ростом температуры сопротивление увеличивается; Фоторезистор - сопротивление зависит от освещенности излучением; Тензор-резистор - сопротивление зависит от механической деформации. Принцип действия большинства таких приборов основан на свойствах электронно-дырочного перехода p-n - перехода. В заключение следует отметить, что проводники и полупроводники встречаются в жизни человека каждый день.

Они довольно часто используются в радиотехнике и физике. Например, их можно встретить в классических транзисторах или варисторах для сопротивления. Ни одно электрическое устройство не может функционировать без этих деталей. Дырки в полупроводниках При повышении температуры или интенсивности внешнего облучения количество свободных электронов увеличивается. Следовательно, увеличивается сила тока. Те атомы в веществе, которые потеряли электроны, становятся положительными ионами; они не двигаются.

Атомы в веществе, которые потеряли электроны, становятся положительными ионами.

На внешней стороне атома, из которого вышел электрон, остается дырка. В нее может встать другой электрон, который покинул свое место в атоме поблизости. В результате на внешней стороне соседнего атома образуется дырка - он превращается в положительный ион. Если к полупроводнику приложить напряжение, электроны начнут двигаться от одних атомов к соседним в определенном направлении.

Если к полупроводнику приложить напряжение, электроны начнут двигаться от одних атомов к другим в определенном направлении.

Дыры, с другой стороны, начнут двигаться в противоположном направлении. Дырка - это положительно заряженная частица. И ее заряд по модулю такой же, как у электрона. С помощью этого определения мы можем значительно упростить анализ всех процессов, происходящих в полупроводниковом кристалле. Дырочный ток обозначается I D - это движение частиц в направлении, противоположном движению электронов.

Примерами полупроводниковых приборов на первый взгляд являются транзисторы, тиристоры, диоды и даже микросхемы. Конечно, это не исчерпывающий список. Чтобы сделать полупроводниковый прибор, необходимо использовать материалы, обладающие дырочной или электронной проводимостью. Те примеси, валентность которых больше, чем у полупроводника, отдают свободные электроны. Такие примеси называются донорами.

Но те примеси, у которых валентность меньше, чем у полупроводника, стремятся захватить и удержать электроны. Они называются акцепторами. Чтобы получить полупроводник, который будет обладать только проводимостью электронного типа, достаточно ввести в исходный материал вещество с валентностью только на одну больше.

Для примера полупроводников в школьном курсе физики рассматривается германий - его валентность равна 4. Донором является фосфор или сурьма, которые имеют валентность пять. Полупроводниковых металлов немного, и они практически не используются в технике. Четыре электрона в каждом атоме образуют с германием четыре парные ковалентные связи. Пятый электрон не имеет такой связи, что означает, что он находится в свободном состоянии.

И если к нему приложить напряжение, он образует электронный ток. Собственная проводимость полупроводника Проводимость любого вещества определяется наличием и подвижностью носителей заряда в этом веществе и рассчитывается по специальным формулам.

Почти во всех твердых телах проводимость обеспечивается свободными электронами. Однако в полупроводниках она имеет свои особенности. Рассмотрим кристалл типичного полупроводника - кремния.

Кремний является четырехвалентным, энергетически стабильное число внешних валентных электронов равно восьми. В результате кремнию "энергетически выгодно" создавать четыре двухэлектронные связи с соседними атомами.

Структура полупроводника кремния. При повышении температуры энергия некоторых электронов начинает быть достаточной для разрыва связи. В кристалле появляются свободные отрицательные носители. Они обеспечивают проводимость, которая называется электронной проводимостью. В то же время в кристаллической решетке появляются связи с недостатком электронов. Такая связь называется дыркой. Поскольку электрон в связи, приближаясь к атому, может продолжать движение по любой из четырех связей, дырка в любой момент может быть заполнена электроном с образованием дырки в соседней связи.

Такое событие можно представить как движение дырки. А поскольку дырка представляет собой недостаток электронов, она движется как положительно заряженный носитель. Такая проводимость называется дырочной проводимостью. Электронная и дырочная проводимость, которая возникает в результате разрыва электронами связей, называется внутренней проводимостью проводника.

Дырочная проводимость.

Внутренняя проводимость полупроводника Внутренняя проводимость полупроводника относительно мала. Чтобы значительно увеличить проводимость, имеет смысл специально создать носители, которые всегда будут присутствовать в веществе полупроводника, даже без повышения температуры. Такая проводимость может быть создана путем введения пятивалентных или трехвалентных атомов в кристалл четырехвалентного полупроводника. Если добавить пятивалентные атомы мышьяка или сурьмы, то один электрон в таких атомах окажется вне ковалентных связей.

В результате этот электрон очень легко покинет свой атом и будет свободно перемещаться в кристалле. Проводимость, обеспечиваемая пятивалентными примесями, называется донорной проводимостью. Основными носителями в нем являются электроны.

Проводимость, обеспечиваемая пятивалентными примесями, называется донорной проводимостью.

Полупроводник с донорной проводимостью называется проводником n-типа. Донорная примесь. Если добавить в полупроводник атом трехвалентного индия или галлия, то в одной из связей с этим атомом всегда будет дырка. Проводимость, обеспечиваемая трехвалентными примесями, называется акцепторной проводимостью. Основными носителями в ней являются дырки. Полупроводник с акцепторной проводимостью называется проводником p-типа.

Акцепторная примесь. Собственная и примесная проводимость полупроводников обеспечивается за счет свободного места электронов и дырок в связях. Внутрипримесная проводимость обеспечивается носителями, возникающими при разрыве связей в кристалле. Примесная проводимость - это проводимость, обеспечиваемая носителями, возникающими из специальных пятивалентных и трехвалентных примесей. Проводимость, обеспечиваемая пятивалентными примесями, называется донорной проводимостью; трехвалентная проводимость называется акцепторной проводимостью.

Нативные полупроводники с максимальной долей примесей 1 к 10 миллиардам являются плохими проводниками. Полупроводник N-типа легируется пятивалентной примесью для создания свободных электронов. Такой материал является проводящим. Электрон в нем является основным носителем. Полупроводник P-типа, легированный трехвалентной примесью, имеет много свободных дырок.

Это положительные носители заряда. Материал P-типа является проводящим. Дырки в нем являются основными носителями. В основе большинства полупроводников лежат элементы из группы IVA периодической таблицы. И наиболее распространен кремний, германий устарел, а углеродный алмаз в настоящее время находится в стадии исследования. PN -переход При соединении материалов P-типа и N-типа на их стыке получается область электронно-дырочного перехода PN -переход.

Физические процессы, происходящие в области PN-перехода между электронами и дырками, лежат в основе следующих типов веществ в природе с точки зрения их электропроводности: Электропроводники.

Первые всегда имеют достаточное количество свободных электронов, оторванных от своих атомов, в то время как у вторых материалов их очень мало. Именно поэтому проводники хорошо переносят электрические заряды и проводят ток; в диэлектриках же при обычных напряжениях этого не происходит. Известен еще один тип материалов, в которых содержание свободных носителей заряда при нормальных условиях довольно мало.

Поскольку в этих элементах они все же присутствуют, их называют полупроводниками. Примечание:При воздействии света, нагревании или добавлении небольшого количества примесей количество свободных частиц в этих материалах увеличивается. Как следствие, они приобретают свойства проводников электричества. <В зависимости от типа химической примеси, добавленной в структуру чистого полупроводникового материала, в нем либо появляется избыток свободных электронов, либо, наоборот, их начинает не хватать. Материалы, в которых из-за диффузии появляется избыток дырок, называются позитивными полупроводниками P-типа, а те, в которых при этом образуется много электронов, - негативными N-типа.

В нормальном состоянии на границе двух материалов образуется непроводящий слой из-за взаимной диффузии дырок и электронов в противоположную структуру, порядок его образования показан на фото ниже. Но если к нему приложить постоянное напряжение, то это вызовет движение носителей электронов в сторону p-области и такой же поток дырок в область с избытком электронов. Поскольку оба этих элемента при переходе несут электрический заряд, в цепи на фото ниже начнет течь постоянный ток.

На фото ниже

Если к переходу приложить напряжение противоположной полярности, то и электроны, и дырки будут отталкиваться от него под действием ЭДС. Поскольку в этой области нет собственных носителей электрического заряда, ток через нее не потечет или будет микроскопически мал. Применение полупроводников на практике Особую важность этих элементов следует отметить в компьютерной технике.

Мы не сомневаемся, что вы не заинтересовались бы тем, что такое полупроводники, если бы не хотели сами построить объект с их использованием. Вы не можете себе представить, как работают сегодняшние холодильники, телевизоры и компьютерные мониторы без полупроводников.

Они также незаменимы в передовых автомобильных конструкциях. Они также используются в авиационной и космической технике.

Навигация

thoughts on “Электрический ток в полупроводниках равен

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *