A félvezetők olyan anyagok, amelyek az elektromos vezetőképesség szempontjából köztes helyet foglalnak el a jó vezetők és a jó szigetelők (dielektrikumok) között.
A félvezetők azok kémiai elemek(germánium Ge, szilícium Si, szelén Se, tellúr Te), valamint kémiai elemek vegyületei (PbS, CdS stb.).
A különböző félvezetőkben lévő áramhordozók természete eltérő. Néhányukban a töltéshordozók ionok; másokban a töltéshordozók elektronok.
Félvezetők belső vezetőképessége
A félvezetők belső vezetésének két típusa van: az elektronikus vezetés és a félvezetők lyukvezetése.
1. Félvezetők elektronikus vezetőképessége.
Az elektronikus vezetőképességet az atom vegyértékhéját külső hatások következtében elhagyó szabad elektronok interatomikus terében történő irányított mozgással hajtják végre.
2. Félvezetők furatvezetőképessége.
A lyukvezetést a vegyértékelektronok irányított mozgásával hajtják végre az elektronpáros kötések - lyukak - üres helyeire. A pozitív ion (lyuk) közvetlen közelében elhelyezkedő semleges atom vegyértékelektronja a lyukhoz vonzódik és beugrik. Ebben az esetben semleges atom helyett pozitív ion (lyuk), pozitív ion (lyuk) helyett semleges atom keletkezik.
Ideálisan tiszta, idegen szennyeződésektől mentes félvezetőben minden szabad elektron egy lyuk keletkezésének felel meg, azaz. az áram létrehozásában részt vevő elektronok és lyukak száma azonos.
Azt a vezetőképességet, amelynél ugyanannyi töltéshordozó (elektronok és lyukak) fordul elő, a félvezetők belső vezetőképességének nevezzük.
A félvezetők belső vezetőképessége általában kicsi, mivel a szabad elektronok száma kicsi. A szennyeződések legkisebb nyomai is gyökeresen megváltoztatják a félvezetők tulajdonságait.
Félvezetők elektromos vezetőképessége szennyeződések jelenlétében
A félvezető szennyeződései olyan idegen kémiai elemek atomjai, amelyeket a fő félvezető nem tartalmaz.
Szennyeződés vezetőképesség- ez a félvezetők vezetőképessége, a kristályrácsukba való szennyeződések miatt.
Egyes esetekben a szennyeződések hatása abban nyilvánul meg, hogy a "lyuk" vezetési mechanizmus gyakorlatilag lehetetlenné válik, és a félvezetőben lévő áramot elsősorban a szabad elektronok mozgása végzi. Az ilyen félvezetőket ún elektronikus félvezetők vagy n-típusú félvezetők(a latin negativus szóból - negatív). A fő töltéshordozók az elektronok, és nem a fő töltéshordozók a lyukak. Az n-típusú félvezetők donor szennyeződéseket tartalmazó félvezetők.
1. Donor szennyeződések.
A donor szennyeződések azok, amelyek könnyen adnak elektronokat, és ennek következtében növelik a szabad elektronok számát. A donor szennyeződések vezetési elektronokat szolgáltatnak anélkül, hogy ugyanannyi lyuk jelenne meg.
A négy vegyértékű germánium Ge donor szennyeződésének tipikus példája az ötértékű arzénatomok As.
Más esetekben a szabad elektronok mozgása gyakorlatilag lehetetlenné válik, és az áramot csak a lyukak mozgása végzi. Ezeket a félvezetőket ún lyuk félvezetők vagy p-típusú félvezetők(a latin positivus szóból - pozitív). A fő töltéshordozók lyukak, és nem a fő elektronok. . A p-típusú félvezetők akceptor szennyeződésekkel rendelkező félvezetők.
Az akceptor szennyeződések olyan szennyeződések, amelyekben nincs elegendő elektron a normál pár-elektron kötések kialakításához.
A germánium Ge akceptor szennyeződésére példa a Ga háromértékű galliumatom
Elektromosság p-típusú és n-típusú félvezetők érintkezésén keresztül a p-n átmenet két, p-típusú és n-típusú szennyező félvezető érintkezési rétege; A p-n átmenet egy határvonal, amely elválasztja a lyukvezetésű (p) és az elektronikus (n) vezetésű régiókat ugyanabban az egykristályban.
közvetlen p-n átmenet
Ha az n-félvezető az áramforrás negatív pólusához, az áramforrás pozitív pólusa pedig a p-félvezetőhöz csatlakozik, akkor a hatás alatt elektromos mező Az n-félvezetőben lévő elektronok és a p-félvezetőben lévő lyukak egymás felé mozognak a félvezetők közötti határfelület felé. Az elektronok, átlépve a határt, "töltik" a lyukakat, a pn átmeneten áthaladó áramot a fő töltéshordozók végzik. Ennek eredményeként a teljes minta vezetőképessége megnő. A külső elektromos tér ilyen közvetlen (áteresztőképességű) irányával a záróréteg vastagsága és ellenállása csökken.
Ebben az irányban az áram áthalad a két félvezető határán.
  |
Fordított pn átmenet
Ha az n-félvezetőt az áramforrás pozitív pólusához, a p-félvezetőt pedig az áramforrás negatív pólusához kötjük, akkor az n-félvezetőben lévő elektronok és a p-félvezetőben lévő lyukak hatása alatt Egy elektromos mező ellentétes irányba fog elmozdulni az interfészről, a p -n-átmeneten áthaladó áramot kisebb töltéshordozók hajtják végre. Ez a záróréteg megvastagodásához és ellenállásának növekedéséhez vezet. Ennek eredményeként a minta vezetőképessége jelentéktelennek bizonyul, és az ellenállás nagy.
Egy úgynevezett gátréteg képződik. A külső tér ezen irányával az elektromos áram gyakorlatilag nem halad át a p- és n-félvezető érintkezésén.
Így az elektron-lyuk átmenetnek egyoldalú vezetése van.
Az áramerősség függése a feszültségtől - volt - amper jellemző p-nÁtmenet az ábrán látható (feszültség - áram karakterisztika egyenes p-n az átmenetet egy folytonos vonal jelzi, volt - amper karakterisztika fordított p-n az átmenet szaggatott vonalként jelenik meg).
Félvezetők:
félvezető dióda- a váltakozó áram egyenirányításához egy p - n - átmenetet használ különböző ellenállásokkal: előrefelé a p - n - átmenet ellenállása sokkal kisebb, mint fordított irányban.
Fotoellenállások - gyenge fényáramok regisztrálására és mérésére. Segítségükkel határozza meg a felületek minőségét, ellenőrizze a termékek méreteit.
Termisztorok - távhőmérsékletméréshez, tűzriasztásokhoz.
A félvezetők között számos kémiai elem (germánium, szilícium, szelén, tellúr, arzén stb.), rengeteg ötvözet és kémiai vegyületek. A minket körülvevő világ szinte minden szervetlen anyaga félvezető. A természetben a legelterjedtebb félvezető a szilícium, amely a földkéreg körülbelül 30%-át teszi ki.
A félvezetők és a fémek közötti minőségi különbség abban nyilvánul meg az ellenállás hőmérsékletfüggése(9.3. ábra)
Félvezetők elektron-lyuk vezetőképességének sávmodellje
Az oktatásban szilárd anyagok olyan helyzet lehetséges, amikor a kezdeti atomok vegyértékelektronjainak energiaszintjéből adódó energiasáv kiderül, hogy teljesen tele van elektronokkal, és az elektronokkal való feltöltéshez rendelkezésre álló legközelebbi energiaszintek elkülönülnek vegyértéksáv E V feloldatlan energiaállapotok intervalluma - az ún tiltott zóna Például.A sáv felett van az elektronok számára megengedett energiaállapotok zónája - vezető szalag E c .
A vezetési sáv 0 K-en teljesen szabad, míg a vegyértéksáv teljesen foglalt. Hasonló sávszerkezetek jellemzőek a szilíciumra, germániumra, gallium-arzenidre (GaAs), indium-foszfidra (InP) és sok más félvezető szilárd anyagra.
A félvezetők és a dielektrikumok hőmérsékletének növekedésével az elektronok a hőmozgással járó többletenergiát képesek fogadni. kT. Egyes elektronok esetében a hőmozgás energiája elegendő az átmenethez a vegyértéksávtól a vezetési sávig, ahol az elektronok külső elektromos tér hatására szinte szabadon mozoghatnak.
Ebben az esetben, félvezető anyagú áramkörben a félvezető hőmérsékletének emelkedésével az elektromos áram megnő. Ez az áram nemcsak az elektronok mozgásával jár a vezetési sávban, hanem a megjelenéssel is a vezetési sávba került elektronok üresedései a vegyértéksávban az ún lyukakat . Egy üres helyet elfoglalhat egy szomszédos pár vegyértékelektronja, ekkor a lyuk új helyre kerül a kristályban.
Ha egy félvezetőt elektromos térbe helyezünk, akkor nem csak szabad elektronok, hanem pozitív töltésű részecskékként viselkedő lyukak is. Ezért a jelenlegi én egy félvezetőben egy elektronikából áll Ban benés lyuk Ipáramlatok: én= Ban ben+ Ip.
Az elektron-lyuk vezetési mechanizmus csak a tiszta (azaz szennyeződések nélküli) félvezetőkben nyilvánul meg. Ez az úgynevezett saját elektromos vezetőképesség félvezetők. Az elektronokat a vezetési sávba dobják Fermi szint, amelyről kiderül, hogy a saját félvezetőjében található a tiltott zóna közepén(9.4. ábra).
A félvezetők vezetőképességét jelentősen megváltoztathatjuk, ha nagyon kis mennyiségű szennyeződést juttatunk beléjük. A fémekben egy szennyeződés mindig csökkenti a vezetőképességet. Így 3% foszforatom hozzáadása a tiszta szilíciumhoz 105-szörösére növeli a kristály elektromos vezetőképességét.
Enyhe adalékanyag hozzáadása a félvezetőhöz doppingnak nevezik.
Szükséges állapot A félvezető ellenállásának éles csökkenése szennyeződések bejuttatásával a szennyező atomok vegyértékének különbsége a kristály fő atomjainak vegyértékétől. A félvezetők vezetőképességét szennyeződések jelenlétében ún szennyeződés vezetőképesség .
Megkülönböztetni kétféle szennyeződésvezetés – elektronikus És lyuk vezetőképesség. Elektronikus vezetőképesség akkor fordul elő, ha ötértékű atomokat (például arzént, As-t) viszünk be egy négyértékű atomokat tartalmazó germániumkristályba (9.5. ábra).
Az arzénatom négy vegyértékelektronja négy szomszédos germániumatommal kovalens kötések kialakításában vesz részt. Az ötödik vegyértékelektron redundánsnak bizonyult. Könnyen leválik az arzénatomról és szabaddá válik. Az elektront vesztett atom pozitív ionná válik a helyszínen kristályrács.
A félvezető kristályok fő atomjainak vegyértékénél nagyobb vegyértékű atomok keverékét ún. donor szennyeződés . Bevezetése következtében jelentős számú szabad elektron jelenik meg a kristályban. Ez a félvezető ellenállásának éles csökkenéséhez vezet - több ezer, sőt milliószor.
A nagy szennyezőanyag-tartalmú vezetők ellenállása megközelítheti a fémvezető fajlagos ellenállását. Az ilyen vezetőképességet a szabad elektronok miatt elektronnak, az elektronikus vezetőképességű félvezetőt pedig ún. n-típusú félvezető.
lyukvezetés akkor fordul elő, ha három vegyértékű atomokat viszünk be egy germánium kristályba, például indium atomokat (9.5. ábra)
A 6. ábra egy indiumatomot mutat be, amely csak három szomszédos germániumatommal hozott létre kovalens kötést vegyértékelektronjai segítségével. Az indium atomnak nincs elektronja ahhoz, hogy kötést hozzon létre a negyedik germánium atommal. Ezt a hiányzó elektront egy indiumatom befoghatja kovalens kötés szomszédos germánium atomok. Ebben az esetben az indium atom negatív ionná alakul, amely a kristályrács helyén helyezkedik el, és a szomszédos atomok kovalens kötésében üresedés képződik.
Az elektronok befogására képes atomok keverékét ún akceptor szennyeződés . A kristályba akceptor szennyeződés bejutása következtében sok kovalens kötés megszakad, és üres helyek (lyukak) keletkeznek. Az elektronok ezekre a helyekre ugorhatnak a szomszédos kovalens kötésekből, ami a kristály körüli lyukak véletlenszerű vándorlásához vezet.
Az akceptor szennyeződésű félvezető lyukak koncentrációja jelentősen meghaladja az elektronok koncentrációját, amely a félvezető belső elektromos vezetőképességének mechanizmusa miatt keletkezett: np>> n n. Ezt a fajta vezetést ún lyuk vezetőképesség . A lyukas vezetőképességű szennyező félvezetőt ún p-típusú félvezető . Főbb szabad töltéshordozók a félvezetőkben p-típusú lyukak.
Elektron-lyuk átmenet. Diódák és tranzisztorok
A modern elektronikai technológiában a félvezető eszközök kivételes szerepet töltenek be. Az elmúlt három évtizedben szinte teljesen lecserélték az elektrovákuum készülékeket.
Minden félvezető eszköznek van egy vagy több elektron-lyuk átmenete. . Elektron-lyuk átmenet (vagy n–p-átmenet) - két félvezető érintkezési felülete különböző típusok vezetőképesség.
A félvezetők határán (9.7. ábra) kettős elektromos réteg képződik, melynek elektromos tere megakadályozza az elektronok és lyukak egymás felé diffúzióját.
Képesség n–p-ú eszközökben használatos az átmenet az áram átvezetésére szinte csak egy irányban félvezető diódák. A félvezető diódák szilícium- vagy germániumkristályokból készülnek. Előállításuk során egy szennyeződést egy bizonyos típusú vezetőképességű kristályba olvasztanak, amely más típusú vezetőképességet biztosít.
A 9.8. ábra egy szilíciumdióda tipikus volt-amper karakterisztikáját mutatja.
A nem egy, hanem két n-p átmenettel rendelkező félvezető eszközöket nevezzük tranzisztorok . A tranzisztorok két típusból állnak: p–n–p-tranzisztorok és n–p–n- tranzisztorok. tranzisztorban n–p–n-típusú alap germánium lemez vezetőképes p-típusú, és a rajta létrehozott két régiót - vezetőképesség szerint n-típusú (9.9. ábra).
tranzisztorban p–n–p- ennek pont az ellenkezője. A tranzisztor lemezét ún bázis(B), az ellentétes típusú vezetőképességű régiók egyike - gyűjtő(K), a második pedig - kibocsátó(E).
A félvezetők olyan anyagok, amelyek normál körülmények között szigetelők, de a hőmérséklet növekedésével vezetővé válnak. Vagyis a félvezetőkben a hőmérséklet növekedésével az ellenállás csökken.
A félvezető szerkezete szilíciumkristály példáján
Tekintsük a félvezetők szerkezetét és a bennük lévő vezetőképesség fő típusait. Példaként vegyünk egy szilíciumkristályt.
A szilícium egy négyértékű elem. Ezért a külső héjában négy elektron található, amelyek gyengén kötődnek az atommaghoz. Mindegyiknek van még négy atomja a szomszédságában.
Az atomok kölcsönhatásba lépnek egymással és kovalens kötéseket alkotnak. Minden atomból egy elektron vesz részt egy ilyen kötésben. A szilícium eszköz diagramja a következő ábrán látható.
kép
A kovalens kötések elég erősek, és nem szakadnak meg alacsony hőmérsékleten. Ezért a szilíciumban nincsenek szabad töltéshordozók, és alacsony hőmérsékleten dielektrikum. A félvezetőkben kétféle vezetés létezik: elektron és lyuk.
Elektronikus vezetőképesség
Amikor a szilíciumot felmelegítik, további energia kerül rá. Kinetikus energia részecskék növekszik, és néhány kovalens kötés megszakad. Ez szabad elektronokat hoz létre.
Az elektromos térben ezek az elektronok a kristályrács csomópontjai között mozognak. Ebben az esetben a szilíciumban elektromos áram jön létre.
Mivel a szabad elektronok a fő töltéshordozók, ezt a fajta vezetést elektronikus vezetésnek nevezik. A szabad elektronok száma a hőmérséklettől függ. Minél jobban hevítjük a szilíciumot, annál több kovalens kötés szakad meg, és ezért több szabad elektron jelenik meg. Ez az ellenállás csökkenéséhez vezet. A szilícium pedig vezetővé válik.
lyukvezetés
A kovalens kötés megszakadásakor a kilökött elektron helyén egy üresedés keletkezik, amelyet egy másik elektron foglalhat el. Ezt a helyet lyuknak hívják. A lyukon túl sok pozitív töltés van.
A kristályban lévő lyuk helyzete folyamatosan változik, bármelyik elektron felveheti ezt a pozíciót, és a lyuk oda kerül, ahonnan az elektron kiugrott. Ha nincs elektromos tér, akkor a lyukak mozgása véletlenszerű, ezért nincs áram.
Ha megvan, akkor a lyukak mozgásában rendezettség van, és a szabad elektronok által keltett áram mellett van olyan áram is, amelyet lyukak hoznak létre. A lyukak az elektronokkal ellentétes irányban mozognak.
Így a félvezetőkben a vezetőképesség elektron-lyuk. Az áramot elektronok és lyukak egyaránt generálják. Ezt a fajta vezetést belső vezetésnek is nevezik, mivel csak egy atom elemei vesznek részt.
Üdvözlöm az oldal kedves olvasóit. Az oldalon van egy rész a kezdő rádióamatőrök számára, de eddig nem igazán írtam semmit kezdőknek, akik megteszik az első lépéseket az elektronika világába. Ezt a hiányt pótolom, és ebből a cikkből kezdünk megismerkedni a rádióalkatrészek (rádiókomponensek) készülékével és működésével.
Kezdjük a félvezető eszközökkel. De ahhoz, hogy megértsük, hogyan működik egy dióda, tirisztor vagy tranzisztor, meg kell értenünk, hogy mi félvezető. Ezért először a félvezetők szerkezetét, tulajdonságait vizsgáljuk molekuláris szinten, majd a félvezető rádiókomponensek működésével, tervezésével foglalkozunk.
Általános fogalmak.
Pontosan miért félvezető dióda, tranzisztor vagy tirisztor? Mivel ezeknek a rádióalkatrészeknek az alapja az félvezetők Olyan anyagok, amelyek képesek elektromos áramot vezetni és megakadályozni annak áthaladását.
Ez a rádiótechnikában használt anyagok nagy csoportja (germánium, szilícium, szelén, réz-oxid), de félvezető eszközök gyártásához elsősorban csak Szilícium(Si) és Germánium(Ge).
Elektromos tulajdonságaik szerint a félvezetők középső helyet foglalnak el az elektromos áram vezetői és nem vezetői között.
A félvezetők tulajdonságai.
A vezetők elektromos vezetőképessége nagymértékben függ a környezeti hőmérséklettől.
Nagyon alacsony abszolút nullához közeli hőmérséklet (-273°C), félvezetők ne végezze el elektromos áram, és promóció hőmérséklet, áramállóságuk csökken.
Ha a félvezetőre mutat fény, akkor az elektromos vezetőképessége növekedni kezd. A félvezetők ezen tulajdonságát felhasználva jöttek létre fotovoltaikus készülékek. A félvezetők a fényenergiát is képesek elektromos árammá alakítani, például napelemek. És amikor bevezették a félvezetőkbe szennyeződéseket bizonyos anyagok elektromos vezetőképessége drámaian megnő.
A félvezető atomok szerkezete.
A germánium és a szilícium számos félvezető eszköz fő anyaga, és négy van vegyérték-elektron.
Atom Németország 32 elektronból és egy atomból áll szilícium 14-ből. De csak 28 a germánium atom elektronjai és 10 a szilícium atom elektronjait, amelyek héjuk belső rétegeiben helyezkednek el, szilárdan tartják az atommagok, és soha nem válnak le róluk. Éppen négy Ezen vezetők atomjainak vegyértékelektronjai szabaddá válhatnak, és még akkor sem mindig. És ha egy félvezető atom legalább egy elektront veszít, akkor azzá válik pozitív ion.
A félvezetőben az atomok szigorú sorrendben vannak elrendezve: minden atomot körülvesz négy ugyanazok az atomok. Ráadásul olyan közel helyezkednek el egymáshoz, hogy vegyértékelektronjaik egyetlen pályát alkotnak a szomszédos atomok körül, és ezáltal az atomokat egyetlen egész anyaggá kötik.
Ábrázoljuk az atomok összekapcsolódását egy félvezető kristályban lapos diagram formájában.
Az ábrán hagyományosan pluszjeles piros golyók jelölik atommagok(pozitív ionok), a kék golyók pedig vegyérték elektronok.
Itt látható, hogy az egyes atomok körül helyezkednek el négy pontosan ugyanazok az atomok, és ennek a négynek mindegyike négy másik atommal van kapcsolatban, és így tovább. Az atomok mindegyike kapcsolódik minden szomszédhoz két vegyértékelektronok, és az egyik elektron a sajátja, a másik pedig egy szomszédos atomtól kölcsönzött. Az ilyen kötést kételektronos kötésnek nevezzük. kovalens.
Az egyes atomok elektronhéjának külső rétege viszont tartalmaz nyolc elektronok: négy saját, és egyedül, négytől kölcsönzött szomszédos atomok. Itt már nem lehet megkülönböztetni, hogy az atomban lévő vegyértékelektronok közül melyik "saját" és melyik az "idegen", hiszen általánossá váltak. A germánium- vagy szilíciumkristály teljes tömegében lévő atomok ilyen kötése esetén feltételezhetjük, hogy a félvezető kristály egy nagy molekula. Az ábrán rózsaszín és sárga körök mutatják a közötti kapcsolatot külső rétegek két szomszédos atom héja.
Félvezető elektromos vezetőképesség.
Tekintsünk egy félvezető kristály egyszerűsített rajzát, ahol az atomokat egy piros golyóval jelöljük pluszjellel, az atomközi kötéseket pedig két, vegyértékelektronokat szimbolizáló vonallal.
Abszolút nullához közeli hőmérsékleten egy félvezető nem dirigál aktuális, mivel nincs szabad elektronok. De a hőmérséklet növekedésével a vegyértékelektronok kötése az atommagokkal gyengülés az elektronok egy része a hőmozgás következtében elhagyhatja atomjait. Az atomközi kötésből kilépő elektron "" ingyenes", és ahol korábban volt, üres hely keletkezik, amelyet hagyományosnak neveznek lyuk.
Hogyan felett félvezető hőmérséklet, a több szabad elektronokká és lyukakká válik. Ennek eredményeként kiderül, hogy a "lyuk" kialakulása egy vegyértékelektronnak az atom héjáról való távozásával jár, és maga a lyuk válik pozitív elektromos töltés egyenlő negatív egy elektron töltése.
Most nézzük meg az ábrát, amely sematikusan mutatja az áram fellépésének jelensége egy félvezetőben.
Ha feszültséget ad a félvezetőre, a "+" és "-" érintkezőkre, akkor áram jelenik meg benne.
Következtében termikus jelenségek, félvezető kristályban atomközi kötésekből indul meg szabadon engedni bizonyos számú elektron (kék golyók nyilakkal). Az elektronok vonzódnak pozitív a feszültségforrás pólusa lesz mozog felé, hátrahagyva lyukakat, amelyet mások töltenek ki felszabaduló elektronok. Vagyis egy külső elektromos tér hatására a töltéshordozók bizonyos irányú mozgási sebességet szereznek, és ezáltal létrehoznak elektromosság.
Például: a feszültségforrás pozitív pólusához legközelebb eső felszabadult elektron vonzott ezt a pólust. Az atomközi kötés megszakítása és elhagyása, az elektron levelek magam után lyuk. Egy másik felszabadult elektron, amely néhányon található eltávolítás a pozitív pólusról is vonzott pólus és mozgó felé, de miután találkoztak egy lyuk az útjában, vonzódik hozzá mag atom, helyreállítva az atomközi kötést.
A kapott új lyuk a második elektron után, kitölti a harmadik felszabaduló elektron, amely e lyuk mellett található (1. ábra). Viszont lyukakat, amelyek a legközelebb állnak negatív pólus, mással megtöltve felszabaduló elektronok(2. ábra). Így a félvezetőben elektromos áram keletkezik.
Amíg a félvezető működik elektromos mező, ez a folyamat folyamatos: az atomközi kötések felszakadnak - szabad elektronok jelennek meg - lyukak keletkeznek. A lyukak feltöltődnek felszabaduló elektronokkal - az atomközi kötések helyreállnak, míg a többi interatomikus kötés megszakad, ahonnan az elektronok távoznak és kitöltik a következő lyukakat (2-4. ábra).
Ebből arra következtetünk: az elektronok a feszültségforrás negatív pólusáról a pozitívra, a lyukak pedig a pozitív pólusról a negatívra.
Elektronlyuk vezetőképesség.
Egy "tiszta" félvezető kristályban a szám kiadták elektronok száma pillanatnyilag egyenlő a számmal feltörekvő ebben az esetben lyukak vannak, tehát az elektromos vezetőképessége egy ilyen félvezetőnek kicsi, mivel elektromos áramot biztosít nagy ellenállást, és ezt az elektromos vezetőképességet ún saját.
De ha hozzáadjuk a félvezetőhöz a formában szennyeződéseket más elemek bizonyos számú atomját, akkor az elektromos vezetőképessége jelentősen megnő, és attól függően szerkezetek szennyező elemek atomjai, a félvezető elektromos vezetőképessége az lesz elektronikus vagy perforált.
elektronikus vezetőképesség.
Tegyük fel, hogy egy félvezető kristályban, amelyben az atomok négy vegyértékelektronnal rendelkeznek, egy atomot helyettesítünk egy olyan atommal, amelyben öt vegyérték elektronok. Ezt az atomot négy az elektronok a félvezető négy szomszédos atomjával fognak kötődni, és ötödik a vegyértékelektron megmarad felesleges' ingyenes. És aztán több több szabad elektronok lesznek, ami azt jelenti, hogy az ilyen félvezető tulajdonságaiban megközelíti a fémet, és ahhoz, hogy elektromos áram haladjon át rajta, az atomközi kötéseket nem kell megsemmisíteni.
Az ilyen tulajdonságokkal rendelkező félvezetőket a következő típusú vezetőképességű félvezetőknek nevezzük. n"vagy félvezetők n-típus. Itt a latin n betű a "negatív" (negatív) szóból származik - azaz "negatív". Ebből következik, hogy egy félvezetőben n-típus fő- a töltéshordozók - elektronok, és nem a főbbek - lyukak.
lyukvezetés.
Vegyük ugyanazt a kristályt, de most az atomját egy olyan atomra cseréljük, amelyben csak három szabad elektron. Három elektronjával csak kötődni fog három szomszédos atomokat, és a negyedik atomhoz kötődni nem lesz elég egy elektron. Ennek eredményeként kialakul lyuk. Természetesen a közelben bármely más szabad elektron meg lesz töltve, de mindenesetre ilyen félvezető nem lesz a kristályban. Megragad elektronok a lyukak kitöltésére. És aztán több olyan atomok lesznek a kristályban, tehát több lyukak lesznek.
Ahhoz, hogy szabad elektronok szabaduljanak fel és mozogjanak egy ilyen félvezetőben, az atomok közötti vegyértékkötéseket meg kell semmisíteni. De az elektronok még mindig nem lesznek elegendőek, mivel a lyukak száma mindig lesz több az elektronok száma egy adott időpontban.
Az ilyen félvezetőket félvezetőknek nevezzük perforált vezetőképesség vagy vezetők p-típusú, ami latinul "pozitív" azt jelenti, hogy "pozitív". Így a p-típusú félvezető kristályban az elektromos áram jelenségét egy folytonos kíséri megjelenéseÉs eltűnés a pozitív töltések lyukak. Ez pedig azt jelenti, hogy egy félvezetőben p-típus fő- töltéshordozók azok lyukakat, és nem bázikus - elektronok.
Most, hogy megértette a félvezetőkben előforduló jelenségeket, nem lesz nehéz megértenie a félvezető rádiókomponensek működési elvét.
Álljunk meg ennél, és megvizsgáljuk az eszközt, a dióda működési elvét, elemezzük áram-feszültség karakterisztikáját és kapcsolóáramköreit.
Sok szerencsét!
Egy forrás:
1
. Boriszov V.G. - Egy fiatal rádióamatőr. 1985
2
. Az academic.ru webhely: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.
Jerjutkin Jevgenyij Szergejevics
legmagasabb képesítési kategóriájú fizikatanár, 1360. sz. középiskola, Moszkva
Ha közvetlen kapcsolatot létesít, akkor a külső mező semlegesíti a blokkoló mezőt, és az áramot a fő töltéshordozók vezetik.
Rizs. 9. p-n átmenet közvetlen csatlakozással ()
Ebben az esetben a kisebbségi hordozók árama elenyésző, gyakorlatilag nincs. Ezért a p-n átmenet egyirányú elektromos áramvezetést biztosít.
Rizs. 10. A szilícium atomszerkezete növekvő hőmérséklettel
A félvezetők vezetőképessége elektronlyuk, és ezt a vezetőképességet belső vezetőképességnek nevezzük. És ellentétben a vezető fémekkel, a hőmérséklet emelkedésével a szabad töltések száma csak nő (az első esetben nem változik), így a félvezetők vezetőképessége a hőmérséklet emelkedésével nő, az ellenállás pedig csökken.
A félvezetők tanulmányozása során nagyon fontos kérdés a bennük lévő szennyeződések jelenléte. A szennyeződések jelenléte esetén pedig szennyeződés vezetőképességről kell beszélni.
Az átvitt jelek kis mérete és nagyon jó minősége a félvezető eszközöket igen elterjedtté tette a modern elektronikai technikában. Az ilyen eszközök összetétele nemcsak a fent említett szilíciumot tartalmazhatja szennyeződésekkel, hanem például germániumot is.
Az egyik ilyen eszköz egy dióda - egy olyan eszköz, amely az áramot az egyik irányba tudja továbbítani, és megakadályozza annak áthaladását a másikban. Más típusú félvezető beültetésével nyerik p- vagy n-típusú félvezető kristályba.
Rizs. 11. A dióda jelölése a diagramon, illetve a készülék diagramja
Egy másik készülék, most kettővel pn csomópontok tranzisztornak nevezik. Nemcsak az áram áramlási irányának kiválasztására, hanem annak átalakítására is szolgál.
Rizs. 12. A tranzisztor felépítésének vázlata és jelölése az elektromos áramkörön ()
Meg kell jegyezni, hogy a modern mikroáramkörök diódák, tranzisztorok és egyéb elektromos eszközök sok kombinációját használják.
A következő leckében megvizsgáljuk az elektromos áram terjedését vákuumban.
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizika (alapszint) M.: Mnemosyne. 2012
- Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizika 10 évfolyam. M.: Ileksa. 2005
- Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizika. Elektrodinamika M.: 2010
- Az eszközök működési elvei ().
- Fizikai és Technológiai Enciklopédia ().
- Mi okozza a vezetési elektronokat a félvezetőben?
- Mi a félvezető belső vezetőképessége?
- Hogyan függ a félvezető vezetőképessége a hőmérséklettől?
- Mi a különbség a donor szennyeződés és az akceptor szennyeződés között?
- * Mekkora a szilícium vezetőképessége a) gallium, b) indium, c) foszfor, d) antimon keverékével?