Poluprovodnici su tvari koje su srednje u električnoj vodljivosti između dobrih provodnika i dobrih izolatora (dielektrika).

Poluprovodnici su hemijski elementi(germanijum Ge, silicijum Si, selen Se, telur Te) i jedinjenja hemijskih elemenata (PbS, CdS, itd.).

Priroda nosilaca struje u različitim poluvodičima je različita. U nekim od njih, nosioci naboja su joni; u drugima, nosioci naboja su elektroni.

Intrinzična provodljivost poluprovodnika

Postoje dvije vrste unutrašnje provodljivosti u poluvodičima: elektronska provodljivost i provodljivost kroz šupljine u poluvodičima.

1. Elektronska provodljivost poluprovodnika.

Elektronska provodljivost se ostvaruje usmjerenim kretanjem u međuatomskom prostoru slobodnih elektrona koji su napustili valentnu ljusku atoma kao rezultat vanjskih utjecaja.

2. Hole provodljivost poluprovodnika.

Provođenje kroz otvore vrši se usmjerenim kretanjem valentnih elektrona na slobodna mjesta u par-elektronskim vezama - rupama. Valentni elektron neutralnog atoma koji se nalazi u neposrednoj blizini pozitivnog jona (rupa) privlači rupu i skače u nju. U ovom slučaju se umjesto neutralnog atoma formira pozitivan ion (rupa), a umjesto pozitivnog jona (rupa) neutralni atom.

U idealno čistom poluprovodniku bez ikakvih stranih nečistoća, svaki slobodni elektron odgovara formiranju jedne rupe, tj. broj elektrona i rupa uključenih u stvaranje struje je isti.

Vodljivost pri kojoj se javlja isti broj nosilaca naboja (elektrona i rupa) naziva se intrinzična provodljivost poluvodiča.

Intrinzična provodljivost poluprovodnika je obično mala, jer je broj slobodnih elektrona mali. Najmanji tragovi nečistoća radikalno mijenjaju svojstva poluprovodnika.

Električna provodljivost poluprovodnika u prisustvu nečistoća

Nečistoće u poluprovodniku su atomi stranih hemijskih elemenata koji se ne nalaze u glavnom poluprovodniku.

Provodljivost nečistoća- ovo je provodljivost poluvodiča, zbog unošenja nečistoća u njihove kristalne rešetke.

U nekim slučajevima, utjecaj nečistoća se očituje u činjenici da "rupa" mehanizam provodljivosti postaje praktički nemoguć, a struja u poluvodiču se odvija uglavnom kretanjem slobodnih elektrona. Takvi poluprovodnici se nazivaju elektronskih poluprovodnika ili poluvodiči n-tipa(od latinske riječi negativus - negativan). Glavni nosioci naboja su elektroni, a ne rupe. Poluprovodnici n-tipa su poluprovodnici sa donorskim nečistoćama.

1. Donorske nečistoće.

Donatorske nečistoće su one koje lako doniraju elektrone i, posljedično, povećavaju broj slobodnih elektrona. Donorske nečistoće dovode elektrone provodljivosti bez pojave istog broja rupa.

Tipičan primjer donorske nečistoće u tetravalentnom germaniju Ge su petovalentni atomi arsena As.

U drugim slučajevima, kretanje slobodnih elektrona postaje praktično nemoguće, a struja se provodi samo kretanjem rupa. Ovi poluprovodnici se nazivaju poluprovodnici sa rupom ili poluvodiči p-tipa(od latinske riječi positivus - pozitivan). Glavni nosioci naboja su rupe, a ne glavni - elektroni. . Poluprovodnici p-tipa su poluprovodnici sa primesama akceptora.

Akceptorske nečistoće su nečistoće u kojima nema dovoljno elektrona da formiraju normalne veze par-elektron.

Primjer akceptorske nečistoće u germaniju Ge su trovalentni atomi galija Ga

Struja kroz kontakt poluprovodnika p-tipa i n-tipa, p-n spoj je kontaktni sloj dva poluprovodnika sa nečistoćama p-tipa i n-tipa; P-n spoj je granica koja razdvaja oblasti sa provodljivošću rupa (p) i elektronskom (n) provodnošću u istom monokristalu.

direktni p-n spoj

Ako je n-poluprovodnik spojen na negativni pol izvora napajanja, a pozitivni pol izvora napajanja spojen na p-poluprovodnik, tada pod djelovanjem električno polje elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodniku će se kretati jedni prema drugima do granice između poluvodiča. Elektroni, prelazeći granicu, "pune" rupe, struju kroz pn spoj provode glavni nosioci naboja. Kao rezultat, povećava se provodljivost cijelog uzorka. Sa takvim direktnim (propusnim) smjerom vanjskog električnog polja, debljina barijerskog sloja i njegov otpor se smanjuju.

U tom pravcu struja prolazi kroz granicu dva poluprovodnika.

Obrnuti pn spoj

Ako je n-poluprovodnik spojen na pozitivni pol izvora napajanja, a p-poluprovodnik na negativni pol izvora napajanja, tada će elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodniku pod dejstvom električnog polja će se kretati od sučelja u suprotnim smjerovima, struju kroz p -n-prijelaz obavljaju manji nosioci naboja. To dovodi do zadebljanja sloja barijere i povećanja njegove otpornosti. Kao rezultat toga, provodljivost uzorka je neznatna, a otpor je velik.

Formira se takozvani sloj barijere. S takvim smjerom vanjskog polja, električna struja praktički ne prolazi kroz kontakt p- i n-poluvodiča.

Dakle, prijelaz elektron-rupa ima jednostrano provođenje.

Zavisnost jačine struje od napona - volt - amper karakteristika p-n prijelaz je prikazan na slici (napon - strujna karakteristika ravno p-n prijelaz je prikazan punom linijom, volt - amperska karakteristika obrnuti p-n prijelaz je prikazan kao isprekidana linija).

poluprovodnici:

poluvodička dioda- za ispravljanje naizmjenične struje koristi jedan p - n - spoj s različitim otporima: u smjeru naprijed otpor p - n - spoja je mnogo manji nego u obrnutom smjeru.

Fotootpornici - za registraciju i mjerenje slabih svjetlosnih tokova. Uz njihovu pomoć odredite kvalitetu površina, kontrolirajte dimenzije proizvoda.

Termistori - za daljinsko mjerenje temperature, požarni alarmi.

Poluprovodnici uključuju mnoge hemijske elemente (germanijum, silicijum, selen, telur, arsen, itd.), ogroman broj legura i hemijska jedinjenja. Gotovo sve neorganske tvari svijeta oko nas su poluvodiči. Najčešći poluprovodnik u prirodi je silicijum, koji čini oko 30% zemljine kore.

Kvalitativna razlika između poluprovodnika i metala očituje se u temperaturna zavisnost otpornosti(sl.9.3)

Pojasni model provodljivosti elektron-rupa poluprovodnika

U obrazovanju čvrste materije moguća je situacija kada se energetski pojas koji proizlazi iz energetskih nivoa valentnih elektrona početnih atoma ispostavi da je potpuno ispunjen elektronima, a najbliži energetski nivoi dostupni za punjenje elektronima su odvojeni od valentni pojas E V interval nerazriješenih energetskih stanja - tzv zabranjena zona Npr.Iznad pojasnog pojasa je zona energetskih stanja dozvoljenih za elektrone - provodni pojas E c .

Provodni pojas na 0 K je potpuno slobodan, dok je valentni pojas potpuno zauzet. Slične trakaste strukture karakteristične su za silicijum, germanijum, galijum arsenid (GaAs), indijum fosfid (InP) i mnoge druge poluprovodničke čvrste materije.

Sa povećanjem temperature poluvodiča i dielektrika, elektroni mogu primiti dodatnu energiju povezanu s toplinskim kretanjem. kT. Za neke elektrone, energija toplotnog kretanja je dovoljna za prijelaz od valentnog pojasa do provodnog pojasa, gdje se elektroni pod djelovanjem vanjskog električnog polja mogu kretati gotovo slobodno.

U ovom slučaju, u kolu s poluvodičkim materijalom, kako temperatura poluvodiča raste, električna struja će se povećati. Ova struja je povezana ne samo s kretanjem elektrona u vodljivom pojasu, već i sa izgledom slobodna mjesta od elektrona koji su otišli u provodni pojas u valentnom pojasu, tzv rupe . Prazno mjesto može zauzeti valentni elektron iz susjednog para, tada će se rupa pomaknuti na novo mjesto u kristalu.

Ako se poluvodič stavi u električno polje, onda ne samo slobodnih elektrona, ali i rupe koje se ponašaju kao pozitivno nabijene čestice. Dakle, struja I u poluprovodniku se sastoji od elektronike I n i rupa Ip struje: I= I n+ Ip.

Mehanizam provodljivosti elektron-rupa manifestuje se samo u čistim (tj. bez nečistoća) poluprovodnicima. To se zove vlastitu električnu provodljivost poluprovodnici. Elektroni se bacaju u provodni pojas sa Fermi nivo, za koji se ispostavilo da se nalazi u vlastitom poluprovodniku u sredini zabranjene zone(Sl. 9.4).

Moguće je značajno promijeniti provodljivost poluvodiča unošenjem vrlo malih količina nečistoća u njih. U metalima, nečistoća uvijek smanjuje provodljivost. Dakle, dodavanje 3% atoma fosfora čistom silicijumu povećava električnu provodljivost kristala za faktor 105.

Lagano dodavanje dopanta u poluvodič zove doping.

Neophodan uslov Oštar pad otpornosti poluvodiča s uvođenjem nečistoća je razlika u valentnosti atoma nečistoće od valencije glavnih atoma kristala. Provodljivost poluprovodnika u prisustvu nečistoća naziva se provodljivost nečistoća .

Razlikovati dvije vrste provodljivosti nečistoća – elektronski i rupa provodljivost. Elektronska provodljivost nastaje kada se petovalentni atomi (na primjer, arsen, As) uvedu u kristal germanija s četverovalentnim atomima (slika 9.5).

Četiri valentna elektrona atoma arsena uključena su u formiranje kovalentnih veza sa četiri susjedna atoma germanija. Ispostavilo se da je peti valentni elektron suvišan. Lako se odvaja od atoma arsena i postaje slobodan. Atom koji je izgubio elektron postaje pozitivan ion koji se nalazi na tom mjestu kristalna rešetka.

Smjesa atoma čija je valenca veća od valencije glavnih atoma poluvodičkog kristala naziva se donorske nečistoće . Kao rezultat njegovog uvođenja, u kristalu se pojavljuje značajan broj slobodnih elektrona. To dovodi do oštrog smanjenja otpornosti poluvodiča - za hiljade, pa čak i milione puta.

Otpornost provodnika sa visokim sadržajem nečistoća može se približiti otpornosti metalnog provodnika. Takva provodljivost, zbog slobodnih elektrona, naziva se elektronskom, a poluvodič sa elektronskom provodljivošću naziva se poluvodič n-tipa.

provodljivost rupa nastaje kada se trovalentni atomi uvedu u kristal germanija, na primjer, atomi indija (slika 9.5)

Slika 6 prikazuje atom indija koji je stvorio kovalentne veze sa samo tri susjedna atoma germanija koristeći svoje valentne elektrone. Atom indija nema elektron koji bi formirao vezu sa četvrtim atomom germanijuma. Ovaj elektron koji nedostaje može se uhvatiti atomom indija iz kovalentna veza susjednih atoma germanija. U tom slučaju, atom indija se pretvara u negativni ion koji se nalazi na mjestu kristalne rešetke, a u kovalentnoj vezi susjednih atoma nastaje praznina.

Smjesa atoma sposobna da uhvati elektrone naziva se akceptorne nečistoće . Kao rezultat unošenja akceptorske nečistoće u kristal dolazi do prekida mnogih kovalentnih veza i formiranja slobodnih mjesta (rupa). Elektroni mogu skočiti na ova mjesta iz susjednih kovalentnih veza, što dovodi do nasumičnih lutanja rupa oko kristala.

Koncentracija rupa u poluprovodniku s akceptorskom nečistoćom značajno premašuje koncentraciju elektrona koji su nastali zbog mehanizma intrinzične električne provodljivosti poluvodiča: np>> n n. Ova vrsta provodljivosti se naziva provodljivost rupa . Nečistoća poluvodiča s provodljivošću rupa naziva se poluvodič p-tipa . Glavni slobodni nosioci naboja u poluvodičima str-tip su rupe.

Prijelaz elektron-rupa. Diode i tranzistori

U modernoj elektronskoj tehnologiji poluvodički uređaji igraju izuzetnu ulogu. U protekle tri decenije gotovo u potpunosti su zamijenili elektrovakuumske uređaje.

Svaki poluvodički uređaj ima jedan ili više elektron-rupa spojeva. . Prijelaz elektron-rupa (ili n–str-tranzicija) - je kontaktna površina dva poluprovodnika sa različite vrste provodljivost.

Na granici poluprovodnika (slika 9.7) formira se dvostruki električni sloj čije električno polje sprečava proces difuzije elektrona i rupa jedna prema drugoj.

Sposobnost n–str-prijelaz za propuštanje struje u gotovo samo jednom smjeru se koristi u uređajima tzv poluvodičke diode. Poluvodičke diode se izrađuju od kristala silicija ili germanija. Prilikom njihove proizvodnje, nečistoća se topi u kristal sa određenom vrstom provodljivosti, koji daje drugu vrstu provodljivosti.

Slika 9.8 prikazuje tipičnu volt-ampersku karakteristiku silikonske diode.

Poluprovodnički uređaji sa ne jednim već dva n-p spoja se nazivaju tranzistori . Tranzistori su dvije vrste: str–n–str-tranzistori i n–str–n-tranzistori. u tranzistoru n–str–n-tip osnovna germanijumska ploča je provodljiva str-tip, i dva regiona stvorena na njemu - provodljivošću n-tip (slika 9.9).

u tranzistoru p–n–p- to je nešto suprotno. Ploča tranzistora se naziva baza(B), jedan od regiona sa suprotnim tipom provodljivosti - kolektora(K), a drugi - emiter(E).

Poluprovodnici su materijali koji su, u normalnim uslovima, izolatori, ali sa porastom temperature postaju provodnici. To jest, u poluvodičima, kako temperatura raste, otpor se smanjuje.

Struktura poluprovodnika na primjeru silicijumskog kristala

Razmotrite strukturu poluvodiča i glavne vrste vodljivosti u njima. Kao primjer, uzmite silikonski kristal.

Silicijum je četvorovalentni element. Stoga se u njegovoj vanjskoj ljusci nalaze četiri elektrona koji su slabo vezani za jezgro atoma. Svaki od njih ima još četiri atoma u svom susjedstvu.

Atomi međusobno djeluju i formiraju kovalentne veze. U takvoj vezi učestvuje po jedan elektron iz svakog atoma. Dijagram silikonskog uređaja prikazan je na sljedećoj slici.

slika

Kovalentne veze su dovoljno jake i ne pucaju na niskim temperaturama. Dakle, u silicijumu nema slobodnih nosača naboja, a on je dielektrik na niskim temperaturama. Postoje dvije vrste provodljivosti u poluvodičima: elektronska i rupa.

Elektronska provodljivost

Kada se silicijum zagreje, dodaće mu se dodatna energija. Kinetička energijačestice se povećavaju i neke kovalentne veze su prekinute. Ovo stvara slobodne elektrone.

U električnom polju ovi elektroni se kreću između čvorova kristalne rešetke. U tom slučaju u silicijumu će se stvoriti električna struja.

Budući da su slobodni elektroni glavni nosioci naboja, ova vrsta provođenja naziva se elektronsko provođenje. Broj slobodnih elektrona zavisi od temperature. Što više zagrijavamo silicijum, to će se više kovalentnih veza prekinuti, a samim tim i više slobodnih elektrona. To dovodi do smanjenja otpora. I silicijum postaje provodnik.

provodljivost rupa

Kada se kovalentna veza prekine, na mjestu izbačenog elektrona formira se slobodno mjesto koje može zauzeti drugi elektron. Ovo mjesto se zove rupa. Rupa ima višak pozitivnog naboja.

Položaj rupe u kristalu se stalno mijenja, bilo koji elektron može zauzeti ovu poziciju, a rupa će se pomjeriti tamo odakle je elektron skočio. Ako nema električnog polja, onda je kretanje rupa nasumično, pa stoga nema struje.

Ako je prisutna, postoji uređenost u kretanju rupa, a osim struje koju stvaraju slobodni elektroni, postoji i struja koju stvaraju rupe. Rupe će se kretati u smjeru suprotnom od elektrona.

Dakle, u poluprovodnicima, provodljivost je elektron-rupa. Struju stvaraju i elektroni i rupe. Ova vrsta provodljivosti naziva se i intrinzična provodljivost, jer su uključeni elementi samo jednog atoma.

Pozdrav dragi čitaoci sajta. Na stranici postoji dio posvećen radio-amaterima početnicima, ali do sada nisam napisao ništa za početnike koji prave prve korake u svijetu elektronike. Popunjavam ovu prazninu, a iz ovog članka počinjemo se upoznavati s uređajem i radom radio komponenti (radio komponenti).

Počnimo s poluvodičkim uređajima. Ali da bi se razumjelo kako dioda, tiristor ili tranzistor radi, mora se razumjeti šta poluprovodnik. Stoga ćemo prvo proučavati strukturu i svojstva poluvodiča na molekularnom nivou, a zatim ćemo se baviti radom i dizajnom poluvodičkih radio komponenti.

Opšti koncepti.

Zašto tačno poluprovodnik dioda, tranzistor ili tiristor? Zato što je osnova ovih radio komponenti poluprovodnici Supstance sposobne da provode električnu struju i da spreče njen prolaz.

Ovo je velika grupa supstanci koje se koriste u radiotehnici (germanijum, silicijum, selen, bakrov oksid), ali se za proizvodnju poluprovodničkih uređaja uglavnom koriste samo Silicijum(Si) i germanijum(Ge).

Po svojim električnim svojstvima, poluprovodnici zauzimaju srednje mesto između provodnika i neprovodnika električne struje.

Osobine poluprovodnika.

Električna provodljivost provodnika u velikoj mjeri ovisi o temperaturi okoline.
U vrlo nisko temperature blizu apsolutne nule (-273°C), poluprovodnici ne izvoditi električna struja, i promocija temperatura, njihova otpornost na struju smanjuje se.

Ako pokažete na poluvodič svjetlo, tada njegova električna provodljivost počinje rasti. Koristeći ovo svojstvo poluprovodnika, stvoreni su fotonaponski aparati. Poluprovodnici su također sposobni pretvoriti svjetlosnu energiju u električnu struju, na primjer, solarni paneli. I kada se uvede u poluprovodnike nečistoće određenih tvari, njihova električna provodljivost se dramatično povećava.

Struktura atoma poluvodiča.

Germanij i silicijum su glavni materijali mnogih poluvodičkih uređaja i imaju četiri valentni elektron.

Atom Njemačka sastoji se od 32 elektrona i atoma silicijum od 14. Ali samo 28 elektrona atoma germanijuma i 10 elektroni atoma silicijuma, koji se nalaze u unutrašnjim slojevima njihovih ljuski, čvrsto se drže jezgrima i nikada ne odvajaju od njih. Samo četiri valentni elektroni atoma ovih provodnika mogu postati slobodni, pa čak i tada ne uvijek. A ako atom poluvodiča izgubi barem jedan elektron, onda to postaje pozitivni jon.

U poluprovodniku, atomi su raspoređeni po strogom redoslijedu: svaki atom je okružen četiri istih atoma. Štoviše, oni su smješteni tako blizu jedan drugom da njihovi valentni elektroni formiraju pojedinačne orbite prolazeći oko susjednih atoma, čime se atomi vezuju u jednu cjelinu.

Predstavimo međusobnu povezanost atoma u poluvodičkom kristalu u obliku ravnog dijagrama.
Na dijagramu se konvencionalno označavaju crvene kuglice sa plusom jezgra atoma(pozitivni joni), a plave kuglice su valentnih elektrona.

Ovdje možete vidjeti da se oko svakog atoma nalaze četiri potpuno isti atomi, i svaki od ova četiri ima vezu sa četiri druga atoma, i tako dalje. Svaki od atoma je povezan sa svakim susjednim dva valentnih elektrona, a jedan elektron je svoj, a drugi je posuđen od susjednog atoma. Takva veza naziva se veza s dva elektrona. kovalentna.

Zauzvrat, vanjski sloj elektronske ljuske svakog atoma sadrži osam elektroni: četiri svoje, i sam, posuđeno od četiri susjedni atomi. Ovdje više nije moguće razlučiti koji je od valentnih elektrona u atomu "svoj", a koji "strani", jer su postali uobičajeni. Sa takvom vezom atoma u čitavoj masi germanijumskog ili silicijumskog kristala, možemo pretpostaviti da je poluvodički kristal jedan veliki molekula. Na slici ružičasti i žuti krugovi pokazuju odnos između vanjski slojevi ljuske dva susedna atoma.

Električna provodljivost poluvodiča.

Razmotrimo pojednostavljeni crtež poluvodičkog kristala, gdje su atomi označeni crvenom kuglom sa plusom, a međuatomske veze su prikazane s dvije linije koje simboliziraju valentne elektrone.

Na temperaturi blizu apsolutne nule, poluprovodnik ne sprovodi struje, pošto nema slobodnih elektrona. Ali s povećanjem temperature, veza valentnih elektrona s jezgrima atoma slabi a neki od elektrona, zbog termičkog kretanja, mogu napustiti svoje atome. Elektron koji izlazi iz međuatomske veze postaje " besplatno“, a tamo gdje je bio prije formira se prazno mjesto koje se konvencionalno zove rupa.

Kako viši temperatura poluprovodnika, više postaje slobodni elektroni i rupe. Kao rezultat toga, ispada da je formiranje "rupe" povezano s odlaskom valentnog elektrona iz ljuske atoma, a sama rupa postaje pozitivno električni naboj jednak negativan naboj elektrona.

Pogledajmo sada sliku koja je shematski prikazana fenomen pojave struje u poluprovodniku.

Ako primijenite neki napon na poluvodič, kontakte "+" i "-", tada će se u njemu pojaviti struja.
Zahvaljujući termičke pojave, u poluvodičkom kristalu od međuatomskih veza će početi biti pušten neki broj elektrona (plave kuglice sa strelicama). Elektroni se privlače pozitivno pol izvora napona će biti pokret prema njemu, ostavljajući iza sebe rupe, koji će popuniti drugi oslobođenih elektrona. Odnosno, pod djelovanjem vanjskog električnog polja, nosioci naboja postižu određenu brzinu usmjerenog kretanja i na taj način stvaraju struja.

Na primjer: oslobođeni elektron najbliži pozitivnom polu izvora napona privučeni ovaj stub. Razbijanje međuatomske veze i napuštanje nje, elektrona listovi posle sebe rupa. Još jedan oslobođeni elektron, koji se nalazi na nekima odstranjivanje sa pozitivnog pola, takođe privučeni stub i kreće se prema njemu, ali upoznavši rupa na svom putu, privlači ga jezgro atom, obnavljajući međuatomsku vezu.

Rezultat novo rupa iza drugog elektrona, puni treći oslobođeni elektron, koji se nalazi pored ove rupe (slika br. 1). Zauzvrat rupe, koji su najbliži negativan stub, ispunjen drugim oslobođenih elektrona(Slika br. 2). Tako nastaje električna struja u poluvodiču.

Sve dok poluvodič radi električno polje, ovaj proces kontinuirano: međuatomske veze su prekinute - pojavljuju se slobodni elektroni - formiraju se rupe. Rupe se popunjavaju oslobođenim elektronima – međuatomske veze se obnavljaju, dok se ostale međuatomske veze raskidaju, iz kojih elektroni napuštaju i popunjavaju sljedeće rupe (slika br. 2-4).

Iz ovoga zaključujemo: elektroni se kreću od negativnog pola izvora napona ka pozitivnom, a rupe se kreću od pozitivnog pola ka negativnom.

Elektronska provodljivost.

U "čistom" poluvodičkom kristalu, broj pušten elektrona u ovom trenutku jednak je broju u nastajanju u ovom slučaju postoje rupe, dakle električna provodljivost takvog poluprovodnika mala, jer daje električnu struju veliki otpor, a ova električna provodljivost se zove vlastiti.

Ali ako dodamo poluvodiču u obliku nečistoće određenog broja atoma drugih elemenata, tada će se njegova električna provodljivost značajno povećati, ovisno o tome strukture atoma nečistoća elemenata, električna provodljivost poluvodiča će biti elektronski ili perforirani.

elektronska provodljivost.

Pretpostavimo da smo u poluvodičkom kristalu, u kojem atomi imaju četiri valentna elektrona, jedan atom zamijenili atomom u kojem pet valentnih elektrona. Ovaj atom četiri elektroni će se vezati za četiri susjedna atoma poluvodiča, i peti valentni elektron će ostati suvišno' znači besplatno. I onda više višeće biti slobodni elektroni, što znači da će se takav poluprovodnik po svojim svojstvima približiti metalu, a da bi električna struja prošla kroz njega, međuatomske veze ne moraju biti uništene.

Poluprovodnici s takvim svojstvima nazivaju se poluprovodnici s vodljivošću tipa " n“, ili poluprovodnici n-tip. Ovdje latinsko slovo n dolazi od riječi "negativ" (negativ) - odnosno "negativan". Iz toga slijedi da u poluprovodniku n-tip main nosioci punjenja su - elektrona, a ne glavne - rupe.

provodljivost rupa.

Uzmimo isti kristal, ali sada ćemo njegov atom zamijeniti atomom u kojem samo tri slobodni elektron. Sa svoja tri elektrona, on će se vezati samo za tri susjednih atoma, a da se poveže sa četvrtim atomom, neće imati dovoljno jedan elektron. Kao rezultat, formira se rupa. Naravno, bit će ispunjen bilo kojim drugim slobodnim elektronom u blizini, ali, u svakom slučaju, takvog poluvodiča u kristalu neće biti. zgrabi elektrona da popune rupe. I onda više u kristalu će biti takvih atoma, dakle više biće rupa.

Da bi se slobodni elektroni oslobodili i kretali u takvom poluprovodniku, valentne veze između atoma moraju biti uništene. Ali elektrona i dalje neće biti dovoljno, jer će broj rupa uvijek biti više broj elektrona u bilo kom trenutku.

Takvi poluvodiči se nazivaju poluvodiči sa perforirani provodljivosti ili provodnika str-tip, što na latinskom "pozitivan" znači "pozitivan". Dakle, fenomen električne struje u poluvodičkom kristalu p-tipa je praćen kontinuiranim emergence i nestanak pozitivni naboji su rupe. A to znači da u poluprovodniku str-tip main nosioci naboja su rupe, a ne osnovni - elektroni.

Sada kada ste malo razumjeli fenomene koji se dešavaju u poluvodičima, neće vam biti teško razumjeti princip rada poluvodičkih radio komponenti.

Zaustavimo se na ovome, a u nastavku ćemo razmotriti uređaj, princip rada diode, analizirat ćemo njegovu strujno-naponsku karakteristiku i sklopne krugove.
Sretno!

Izvor:

1 . Borisov V.G. - Mladi radio amater. 1985
2 . Web stranica academic.ru: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.

Yeryutkin Evgeny Sergeevich
nastavnik fizike najviše kvalifikacijske kategorije, srednja škola №1360, Moskva

Ako napravite direktnu vezu, tada će vanjsko polje neutralizirati polje blokiranja, a struju će stvarati glavni nosioci naboja.

Rice. 9. p-n spoj sa direktnom vezom ()

U ovom slučaju, struja manjinskih nosilaca je zanemarljiva, praktično je i nema. Dakle, p-n spoj omogućava jednosmjerno provođenje električne struje.

Rice. 10. Atomska struktura silicijuma sa porastom temperature

Provodljivost poluprovodnika je elektron-rupa, a takva provodljivost se naziva intrinzična provodljivost. I za razliku od vodljivih metala, kako temperatura raste, broj slobodnih naelektrisanja se samo povećava (u prvom slučaju se ne mijenja), pa se vodljivost poluvodiča povećava s povećanjem temperature, a otpor se smanjuje

Veoma važno pitanje u proučavanju poluprovodnika je prisustvo nečistoća u njima. A u slučaju prisustva nečistoća, treba govoriti o provodljivosti nečistoća.

Mala veličina i vrlo visok kvalitet prenošenih signala učinili su poluvodičke uređaje vrlo čestim u modernoj elektronskoj tehnologiji. Sastav takvih uređaja može uključivati ​​ne samo gore spomenuti silicij s nečistoćama, već i, na primjer, germanij.

Jedan od ovih uređaja je dioda - uređaj koji može propuštati struju u jednom smjeru i spriječiti je da prođe u drugom. Dobiva se implantacijom drugog tipa poluvodiča u poluvodički kristal p- ili n-tipa.

Rice. 11. Oznaka diode na dijagramu i dijagramu njenog uređaja, respektivno

Još jedan uređaj, sada sa dva pn spojevi zove se tranzistor. Služi ne samo za odabir smjera strujnog toka, već i za njegovo pretvaranje.

Rice. 12. Šema strukture tranzistora i njegova oznaka na električnom kolu, odnosno ()

Treba napomenuti da moderni mikro krugovi koriste mnoge kombinacije dioda, tranzistora i drugih električnih uređaja.

U sljedećoj lekciji ćemo se osvrnuti na širenje električne struje u vakuumu.

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (osnovni nivo) M.: Mnemosyne. 2012
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10 razred. M.: Ileksa. 2005
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. fizika. Elektrodinamika M.: 2010

1. Principi rada uređaja ().
2. Enciklopedija fizike i tehnologije ().

1. Šta uzrokuje provodljivost elektrona u poluvodiču?
2. Šta je intrinzična provodljivost poluprovodnika?
3. Kako provodljivost poluvodiča ovisi o temperaturi?
4. Koja je razlika između donorske i akceptorske nečistoće?
5. * Kolika je provodljivost silicijuma sa primesama a) galijuma, b) indijuma, c) fosfora, d) antimona?