Semiconductorii sunt substanțe care sunt intermediare în conductivitate electrică între buni conductori și buni izolatori (dielectrici).

Semiconductorii sunt elemente chimice(germaniu Ge, siliciu Si, seleniu Se, teluriu Te) și compuși ai elementelor chimice (PbS, CdS etc.).

Natura purtătorilor de curent în diferiți semiconductori este diferită. În unele dintre ele, purtătorii de sarcină sunt ioni; în altele, purtătorii de sarcină sunt electronii.

Conductibilitatea intrinsecă a semiconductorilor

Există două tipuri de conducție intrinsecă în semiconductori: conducție electronică și conducție prin orificii în semiconductori.

1. Conductivitatea electronică a semiconductorilor.

Conductivitatea electronică se realizează prin mișcarea direcționată în spațiul interatomic a electronilor liberi care au părăsit învelișul de valență a atomului ca urmare a influențelor externe.

2. Conductivitatea orificiilor semiconductorilor.

Conducerea orificiilor se realizează cu mișcarea direcționată a electronilor de valență către locurile libere din legăturile perechi de electroni - găuri. Electronul de valență al unui atom neutru situat în imediata apropiere a unui ion pozitiv (gaură) este atras de gaură și sare în ea. În acest caz, se formează un ion pozitiv (gaura) în locul unui atom neutru, iar un atom neutru se formează în locul unui ion pozitiv (gaura).

Într-un semiconductor ideal pur fără impurități străine, fiecare electron liber corespunde formării unei găuri, adică. numărul de electroni și găuri implicate în crearea curentului este același.

Conductivitatea la care apare același număr de purtători de sarcină (electroni și găuri) se numește conductivitate intrinsecă a semiconductorilor.

Conductivitatea intrinsecă a semiconductorilor este de obicei mică, deoarece numărul de electroni liberi este mic. Cele mai mici urme de impurități modifică radical proprietățile semiconductorilor.

Conductibilitatea electrică a semiconductorilor în prezența impurităților

Impuritățile dintr-un semiconductor sunt atomi de elemente chimice străine care nu sunt conținute în semiconductorul principal.

Conductibilitatea impurităților- aceasta este conductivitatea semiconductorilor, datorita introducerii de impuritati in retelele lor cristaline.

În unele cazuri, influența impurităților se manifestă prin faptul că mecanismul de conducere a „găurii” devine practic imposibil, iar curentul din semiconductor este realizat în principal prin mișcarea electronilor liberi. Astfel de semiconductori se numesc semiconductori electronici sau semiconductori de tip n(din cuvântul latin negativus - negativ). Principalii purtători de sarcină sunt electronii, iar nu cei principali sunt găurile. Semiconductori de tip n sunt semiconductori cu impurități donatoare.

1. Impurități donatoare.

Impuritățile donatoare sunt cele care donează cu ușurință electroni și, în consecință, cresc numărul de electroni liberi. Impuritățile donatoare furnizează electroni de conducție fără apariția aceluiași număr de găuri.

Un exemplu tipic de impuritate donor în germaniu tetravalent Ge sunt atomii de arsen pentavalent As.

În alte cazuri, mișcarea electronilor liberi devine practic imposibilă, iar curentul este efectuat numai prin mișcarea găurilor. Acești semiconductori se numesc gaura semiconductoare sau semiconductori de tip p(din cuvântul latin positivus - pozitiv). Principalii purtători de sarcină sunt găuri, și nu principalii - electroni. . Semiconductorii de tip p sunt semiconductori cu impurități acceptoare.

Impuritățile acceptoare sunt impurități în care nu există suficienți electroni pentru a forma legături normale pereche-electron.

Un exemplu de impuritate acceptor în germaniu Ge sunt atomii de galiu trivalenți Ga

Electricitate prin contactul semiconductorilor de tip p și tip n, joncțiunea p-n este stratul de contact a doi semiconductori de impurități de tip p și tip n; Joncțiunea p-n este o graniță care separă regiuni cu orificii (p) conducție și conducție electronică (n) în același monocristal.

joncțiune p-n directă

Dacă n-semiconductorul este conectat la polul negativ al sursei de alimentare, iar polul pozitiv al sursei de alimentare este conectat la p-semiconductor, atunci sub acțiune câmp electric electronii dintr-un semiconductor n și găurile dintr-un semiconductor p se vor deplasa unul spre celălalt la interfața dintre semiconductori. Electronii, trecând granița, „umplu” găurile, curentul prin joncțiunea pn este efectuat de purtătorii principali de sarcină. Ca urmare, conductivitatea întregii probe crește. Cu o astfel de direcție directă (debit) a câmpului electric extern, grosimea stratului de barieră și rezistența acestuia scad.

În această direcție, curentul trece prin limita celor doi semiconductori.

Joncțiune pn inversă

Dacă n-semiconductorul este conectat la polul pozitiv al sursei de alimentare, iar p-semiconductorul este conectat la polul negativ al sursei de energie, atunci electronii din n-semiconductorul și găurile din p-semiconductorul sub acțiune a unui câmp electric se va deplasa de la interfață în direcții opuse, curentul prin tranziția p -n este efectuat de purtători de sarcină minori. Aceasta duce la o îngroșare a stratului de barieră și la o creștere a rezistenței acestuia. Ca urmare, conductivitatea probei se dovedește a fi nesemnificativă, iar rezistența este mare.

Se formează un așa-numit strat de barieră. Cu această direcție a câmpului extern, curentul electric practic nu trece prin contactul conductorilor p și n.

Astfel, tranziția electron-gaură are o conducere unilaterală.

Dependența intensității curentului de tensiune - volt - amper caracteristica p-n tranziția este prezentată în figură (caracteristică tensiune - curent drept p-n tranziția este indicată printr-o linie continuă, caracteristica volt - amper p-n invers tranziția este afișată ca o linie punctată).

Semiconductori:

dioda semiconductoare- pentru redresarea curentului alternativ, folosește o joncțiune p - n - cu diferite rezistențe: în direcția înainte, rezistența joncțiunii p - n - este mult mai mică decât în ​​sens invers.

Fotorezistoare - pentru înregistrarea și măsurarea fluxurilor slabe de lumină. Cu ajutorul lor, determinați calitatea suprafețelor, controlați dimensiunile produselor.

Termistori - pentru măsurarea temperaturii de la distanță, alarme de incendiu.

Semiconductorii includ multe elemente chimice (germaniu, siliciu, seleniu, teluriu, arsen etc.), un număr mare de aliaje și compuși chimici. Aproape toate substanțele anorganice ale lumii din jurul nostru sunt semiconductori. Cel mai comun semiconductor din natură este siliciul, care reprezintă aproximativ 30% din scoarța terestră.

Diferența calitativă dintre semiconductori și metale se manifestă în dependența de temperatură a rezistivității(fig.9.3)

Model de bandă de conductivitate electron-gaură a semiconductorilor

La educatie solide este posibilă o situație când banda de energie care decurge din nivelurile de energie ale electronilor de valență ai atomilor inițiali se dovedește a fi complet umplută cu electroni, iar cele mai apropiate niveluri de energie disponibile pentru umplerea cu electroni sunt separate de banda de valență E V un interval de stări energetice nerezolvate - așa-numitele zona interzisa De exemplu.Deasupra benzii interzise se află zona stărilor de energie permise pentru electroni - bandă de conducție E c .

Banda de conducere la 0 K este complet liberă, în timp ce banda de valență este complet ocupată. Structurile de bandă similare sunt caracteristice pentru siliciu, germaniu, arseniură de galiu (GaAs), fosfură de indiu (InP) și multe alte solide semiconductoare.

Odată cu creșterea temperaturii semiconductorilor și a dielectricilor, electronii sunt capabili să primească energie suplimentară asociată cu mișcarea termică. kT. Pentru unii electroni, energia mișcării termice este suficientă pentru tranziție de la banda de valență la banda de conducere, unde electronii sub acţiunea unui câmp electric extern se pot mişca aproape liber.

În acest caz, într-un circuit cu un material semiconductor, pe măsură ce temperatura semiconductorului crește, un curent electric va crește. Acest curent este asociat nu numai cu mișcarea electronilor în banda de conducere, ci și cu aspectul vacante de la electronii care au intrat în banda de conducereîn banda de valență, așa-numita găuri . Un loc liber poate fi ocupat de un electron de valență dintr-o pereche vecină, apoi gaura se va muta într-un nou loc în cristal.

Dacă un semiconductor este plasat într-un câmp electric, atunci nu numai electroni liberi, dar și găuri care se comportă ca niște particule încărcate pozitiv. Prin urmare, curentul euîntr-un semiconductor este alcătuit dintr-un electronic eu n si gaura Ip curenti: eu= eu n+ Ip.

Mecanismul de conducere electron-gaura se manifestă numai în semiconductori puri (adică, fără impurități). Se numeste conductivitate electrică proprie semiconductori. Electronii sunt aruncați în banda de conducție cu Nivelul Fermi, care se dovedește a fi situat în propriul semiconductor în mijlocul zonei interzise(Fig. 9.4).

Este posibilă modificarea semnificativă a conductivității semiconductorilor prin introducerea unor cantități foarte mici de impurități în ele. În metale, o impuritate reduce întotdeauna conductivitatea. Astfel, adăugarea a 3% atomi de fosfor la siliciu pur crește conductivitatea electrică a cristalului cu un factor de 105.

Adăugarea ușoară de dopant la semiconductor numit doping.

Stare necesara O scădere bruscă a rezistivității unui semiconductor cu introducerea de impurități este diferența dintre valența atomilor de impurități față de valența atomilor principali ai cristalului. Conductivitatea semiconductorilor în prezența impurităților se numește conductivitatea impurităților .

Distinge două tipuri de conducție a impurităților – electronic Și gaură conductivitate. Conductivitate electronică apare atunci când atomi pentavalenți (de exemplu, arsen, As) sunt introduși într-un cristal de germaniu cu atomi tetravalenți (Fig. 9.5).

Cei patru electroni de valență ai atomului de arsen sunt implicați în formarea legăturilor covalente cu patru atomi de germaniu învecinați. Al cincilea electron de valență s-a dovedit a fi redundant. Se desprinde ușor de atomul de arsen și devine liber. Un atom care a pierdut un electron devine un ion pozitiv situat la locul respectiv rețea cristalină.

Un amestec de atomi cu o valență mai mare decât valența atomilor principali ai unui cristal semiconductor se numește impuritate donatoare . Ca urmare a introducerii sale, în cristal apar un număr semnificativ de electroni liberi. Acest lucru duce la o scădere bruscă a rezistivității semiconductorului - de mii și chiar milioane de ori.

Rezistivitatea unui conductor cu un conținut ridicat de impurități se poate apropia de cea a unui conductor metalic. O astfel de conductivitate, datorată electronilor liberi, se numește electronică, iar un semiconductor cu conductivitate electronică se numește semiconductor de tip n.

conducerea orificiilor apare atunci când atomii trivalenți sunt introduși într-un cristal de germaniu, de exemplu, atomii de indiu (Fig. 9.5)

Figura 6 prezintă un atom de indiu care a creat legături covalente cu doar trei atomi de germaniu vecini folosind electronii de valență. Atomul de indiu nu are un electron pentru a forma o legătură cu al patrulea atom de germaniu. Acest electron lipsă poate fi captat de un atom de indiu din legătură covalentă atomii de germaniu vecini. În acest caz, atomul de indiu se transformă într-un ion negativ situat la un loc al rețelei cristaline și se formează un loc vacant în legătura covalentă a atomilor vecini.

Se numește un amestec de atomi capabili să capteze electroni impuritate acceptor . Ca urmare a introducerii unei impurități acceptoare în cristal, multe legături covalente sunt rupte și se formează locuri libere (găuri). Electronii pot sări în aceste locuri de la legăturile covalente învecinate, ceea ce duce la rătăcirea aleatorie a găurilor în jurul cristalului.

Concentrația de găuri într-un semiconductor cu o impuritate acceptor depășește semnificativ concentrația de electroni care au apărut datorită mecanismului de conductivitate electrică intrinsecă a semiconductorului: np>> n n. Acest tip de conducere se numește conductivitatea găurii . Se numește un semiconductor de impurități cu conductivitate în găuri semiconductor de tip p . Principalii purtători de încărcare gratuită în semiconductori p-tip sunt găuri.

Tranziția electron-gaură. Diode și tranzistoare

În tehnologia electronică modernă, dispozitivele semiconductoare joacă un rol excepțional. În ultimele trei decenii, ei au înlocuit aproape complet dispozitivele cu electrovacuum.

Orice dispozitiv semiconductor are una sau mai multe joncțiuni electron-gaură. . Tranziția electron-gaură (sau n–p-tranziție) - este aria de contact a doi semiconductori cu tipuri diferite conductivitate.

La limita semiconductorilor (Fig. 9.7) se formează un strat electric dublu, al cărui câmp electric împiedică procesul de difuzie a electronilor și a găurilor unul către celălalt.

Abilitatea n–p-tranziția pentru trecerea curentului în aproape o singură direcție este utilizată în dispozitivele numite diode semiconductoare. Diodele semiconductoare sunt fabricate din cristale de siliciu sau germaniu. În timpul fabricării lor, o impuritate este topită într-un cristal cu un anumit tip de conductivitate, care oferă un alt tip de conductivitate.

Figura 9.8 prezintă o caracteristică tipică volt-amper a unei diode de siliciu.

Sunt numite dispozitive semiconductoare cu nu una, ci două joncțiuni n-p tranzistoare . Tranzistoarele sunt de două tipuri: p–n–p-tranzistoare si n–p–n-tranzistoare. în tranzistor n–p–n-placa de germaniu de tip bazic este conductoare p-tip, iar cele două regiuni create pe acesta - prin conductivitate n-tip (Figura 9.9).

în tranzistor p–n–p- e cam invers. Placa unui tranzistor se numește baza(B), una dintre regiunile cu tipul opus de conductivitate - colector(K), iar al doilea - emițător(E).

Semiconductorii sunt materiale care, în condiții normale, sunt izolatoare, dar odată cu creșterea temperaturii devin conductori. Adică, în semiconductori, pe măsură ce temperatura crește, rezistența scade.

Structura unui semiconductor pe exemplul unui cristal de siliciu

Luați în considerare structura semiconductorilor și principalele tipuri de conductivitate din ele. Ca exemplu, luați în considerare un cristal de siliciu.

Siliciul este un element tetravalent. Prin urmare, în învelișul său exterior există patru electroni care sunt slab legați de nucleul atomului. Fiecare are încă patru atomi în vecinătatea lui.

Atomii interacționează între ei și formează legături covalente. Un electron din fiecare atom participă la o astfel de legătură. Diagrama dispozitivului cu siliciu este prezentată în figura următoare.

imagine

Legăturile covalente sunt suficient de puternice și nu se rupe la temperaturi scăzute. Prin urmare, nu există purtători de încărcare liberi în siliciu și este un dielectric la temperaturi scăzute. Există două tipuri de conducție în semiconductori: electron și gaură.

Conductivitate electronică

Când siliciul este încălzit, i se va oferi energie suplimentară. Energie kinetică particulele cresc și unele legături covalente sunt rupte. Acest lucru creează electroni liberi.

Într-un câmp electric, acești electroni se mișcă între nodurile rețelei cristaline. În acest caz, un curent electric va fi creat în siliciu.

Deoarece electronii liberi sunt principalii purtători de sarcină, acest tip de conducție se numește conducție electronică. Numărul de electroni liberi depinde de temperatură. Cu cât încălzim mai mult siliciul, cu atât se vor rupe mai multe legături covalente și, prin urmare, vor apărea mai mulți electroni liberi. Acest lucru duce la o scădere a rezistenței. Și siliciul devine conductor.

conducerea orificiilor

Când o legătură covalentă se rupe, în locul electronului ejectat se formează un loc vacant, care poate fi ocupat de un alt electron. Acest loc se numește gaură. Gaura are o sarcină pozitivă în exces.

Poziția unei găuri într-un cristal se schimbă constant, orice electron poate lua această poziție, iar gaura se va deplasa de unde a sărit electronul. Dacă nu există câmp electric, atunci mișcarea găurilor este aleatorie și, prin urmare, nu are loc nici un curent.

Dacă este prezent, există o ordine în mișcarea găurilor și, pe lângă curentul care este creat de electronii liberi, există și un curent care este creat de găuri. Găurile se vor mișca în direcția opusă electronilor.

Astfel, în semiconductori, conductivitatea este electron-hole. Curentul este generat atât de electroni, cât și de găuri. Acest tip de conducție se mai numește și conducție intrinsecă, deoarece sunt implicate elementele unui singur atom.

Salutare dragi cititori ai site-ului. Site-ul are o secțiune dedicată radioamatorilor începători, dar până acum nu am scris cu adevărat nimic pentru începătorii care fac primii pași în lumea electronicii. Eu umplu acest gol și din acest articol începem să ne familiarizăm cu dispozitivul și funcționarea componentelor radio (componente radio).

Să începem cu dispozitivele semiconductoare. Dar pentru a înțelege cum funcționează o diodă, tiristor sau tranzistor, trebuie să înțelegeți ce semiconductor. Prin urmare, vom studia mai întâi structura și proprietățile semiconductoarelor la nivel molecular, iar apoi ne vom ocupa de funcționarea și proiectarea componentelor radio semiconductoare.

Concepte generale.

De ce exact semiconductor dioda, tranzistor sau tiristor? Deoarece baza acestor componente radio este semiconductori Substanțe capabile atât să conducă curentul electric, cât și să împiedice trecerea acestuia.

Acesta este un grup mare de substanțe utilizate în inginerie radio (germaniu, siliciu, seleniu, oxid de cupru), dar pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare, acestea folosesc în principal numai Siliciu(Si) și germaniu(GE).

După proprietățile lor electrice, semiconductorii ocupă un loc de mijloc între conductorii și neconductorii curentului electric.

Proprietățile semiconductorilor.

Conductivitatea electrică a conductorilor este foarte dependentă de temperatura ambiantă.
La foarte scăzut temperaturi apropiate de zero absolut (-273°C), semiconductori nu executa curent electric și promovare temperatura, rezistența lor la curent scade.

Dacă arăți spre semiconductor ușoară, atunci conductivitatea sa electrică începe să crească. Folosind această proprietate a semiconductorilor, au fost create fotovoltaice aparate. Semiconductorii sunt, de asemenea, capabili să transforme energia luminoasă în curent electric, de exemplu, panourile solare. Și când este introdus în semiconductori impurităţi anumite substanțe, conductivitatea lor electrică crește dramatic.

Structura atomilor semiconductori.

Germaniul și siliciul sunt principalele materiale ale multor dispozitive semiconductoare și au patru Valența electronului.

Atom Germania este format din 32 de electroni și un atom siliciu din 14. Dar numai 28 electronii atomului de germaniu și 10 electronii atomului de siliciu, localizați în straturile interioare ale învelișului lor, sunt ținuți ferm de nuclee și nu se desprind niciodată din ele. Doar patru electronii de valență ai atomilor acestor conductori pot deveni liberi și chiar și atunci nu întotdeauna. Și dacă un atom semiconductor pierde cel puțin un electron, atunci devine ion pozitiv.

Într-un semiconductor, atomii sunt aranjați într-o ordine strictă: fiecare atom este înconjurat de patru aceiași atomi. Mai mult decât atât, ei sunt atât de aproape unul de celălalt încât electronii lor de valență formează orbite unice care trec în jurul atomilor vecini, legând astfel atomii într-o singură substanță întreagă.

Să reprezentăm interconexiunea atomilor dintr-un cristal semiconductor sub forma unei diagrame plane.
În diagramă, bile roșii cu un plus, în mod convențional, denotă nuclee de atomi(ioni pozitivi), iar bilele albastre sunt electroni de valență.

Aici puteți vedea că în jurul fiecărui atom sunt localizați patru exact aceiași atomi și fiecare dintre acești patru are o legătură cu alți patru atomi și așa mai departe. Fiecare dintre atomi este conectat la fiecare vecin Două electroni de valență, iar un electron este propriu, iar celălalt este împrumutat de la un atom vecin. O astfel de legătură se numește legătură cu doi electroni. covalent.

La rândul său, stratul exterior al învelișului electronic al fiecărui atom conține opt electroni: patru propriile lor, și singur, împrumutat de la patru vecine atomi. Aici nu se mai poate distinge care dintre electronii de valență din atom este „propriu” și care este „străin”, întrucât au devenit obișnuiți. Cu o astfel de legătură de atomi în întreaga masă a unui cristal de germaniu sau siliciu, putem presupune că un cristal semiconductor este unul mare. moleculă. În figură, cercurile roz și galbene arată relația dintre straturi exterioareînvelișuri a doi atomi vecini.

Conductivitate electrică semiconductoare.

Luați în considerare un desen simplificat al unui cristal semiconductor, în care atomii sunt notați cu o bilă roșie cu un plus, iar legăturile interatomice sunt indicate prin două linii care simbolizează electronii de valență.

La o temperatură apropiată de zero absolut, un semiconductor nu conduce curent, din moment ce nu are electroni liberi. Dar odată cu creșterea temperaturii, legătura electronilor de valență cu nucleele atomilor slăbește iar unii dintre electroni, din cauza mișcării termice, își pot părăsi atomii. Electronul care scapă din legătura interatomică devine „ gratuit„, iar acolo unde era el înainte, se formează un loc gol, care se numește convențional gaură.

Cum de mai sus temperatura semiconductorilor, cel Mai mult devine electroni liberi și găuri. Ca rezultat, se dovedește că formarea unei „găuri” este asociată cu plecarea unui electron de valență din învelișul unui atom, iar gaura în sine devine pozitiv sarcina electrica egala cu negativ sarcina unui electron.

Acum să ne uităm la figură, care arată schematic fenomenul apariţiei curentului într-un semiconductor.

Dacă aplicați o tensiune semiconductorului, contactele „+” și „-”, atunci va apărea un curent în el.
Din cauza fenomene termice, într-un cristal semiconductor din legături interatomice va începe a fi eliberat un anumit număr de electroni (bile albastre cu săgeți). Electronii sunt atrași pozitiv polul sursei de tensiune va fi mișcare spre el, lăsând în urmă găuri, care va fi completat de alții electroni eliberați. Adică, sub acțiunea unui câmp electric extern, purtătorii de sarcină dobândesc o anumită viteză de mișcare direcțională și astfel creează electricitate.

De exemplu: electronul eliberat cel mai apropiat de polul pozitiv al sursei de tensiune atras acest stâlp. Rupând legătura interatomică și lăsând-o, electronul frunze după mine gaură. Un alt electron eliberat, care se află pe unii îndepărtare de la polul pozitiv, de asemenea atras stâlp și in miscare faţă de el, dar întâlnindu-se o gaură în calea ei, este atras de ea miez atom, restabilind legătura interatomică.

Rezultați nou gaură după al doilea electron, umple al treilea electron eliberat, situat lângă această gaură (Figura nr. 1). La randul lui găuri, care sunt cele mai apropiate de negativ stâlp, umplut cu altele electroni eliberați(Figura nr. 2). Astfel, în semiconductor apare un curent electric.

Atâta timp cât semiconductorul funcționează câmp electric, acest proces continuu: se rup legăturile interatomice - apar electroni liberi - se formează găuri. Găurile sunt umplute cu electroni eliberați - legăturile interatomice sunt restaurate, în timp ce alte legături interatomice sunt rupte, din care electronii pleacă și umplu următoarele găuri (Figura nr. 2-4).

De aici concluzionăm: electronii se deplasează de la polul negativ al sursei de tensiune la cel pozitiv, iar găurile se deplasează de la polul pozitiv la cel negativ.

Conductivitate electron-gaură.

Într-un cristal semiconductor „pur”, numărul eliberată electroni în acest moment este egal cu numărul în curs de dezvoltareîn acest caz, există găuri, deci conductivitatea electrică a unui astfel de semiconductor mic, deoarece furnizează curent electric mare rezistență, iar această conductivitate electrică se numește proprii.

Dar dacă adăugăm la semiconductor sub formă impurităţi un anumit număr de atomi de alte elemente, atunci conductivitatea sa electrică va crește semnificativ și în funcție de structurilor atomi de elemente de impuritate, conductivitatea electrică a semiconductorului va fi electronic sau perforat.

conductivitate electronică.

Să presupunem că, într-un cristal semiconductor, în care atomii au patru electroni de valență, am înlocuit un atom cu un atom în care cinci electroni de valență. Acest atom patru electronii se vor lega cu patru atomi vecini ai semiconductorului și a cincea electronul de valență va rămâne de prisos' înseamnă gratuit. Și decât Mai mult Mai mult vor fi electroni liberi, ceea ce înseamnă că un astfel de semiconductor se va apropia de un metal în proprietățile sale, iar pentru ca un curent electric să treacă prin el, acesta legăturile interatomice nu trebuie să fie distruse.

Semiconductorii cu astfel de proprietăți se numesc semiconductori cu conductivitate de tipul " n", sau semiconductori n-tip. Aici litera latină n provine de la cuvântul „negativ” (negativ) – adică „negativ”. Rezultă că într-un semiconductor n-tip principal purtătorii de taxe sunt - electroni, și nu cele principale - găuri.

conducerea orificiilor.

Să luăm același cristal, dar acum îi vom înlocui atomul cu un atom în care numai Trei electron liber. Cu cei trei electroni ai săi, se va lega doar cu Trei atomi vecini, iar pentru a se lega de al patrulea atom, nu va avea suficient unu electron. Ca urmare, se formează gaură. Desigur, va fi umplut cu orice alt electron liber în apropiere, dar, în orice caz, nu va exista un astfel de semiconductor în cristal. apuca electroni pentru a umple golurile. Și decât Mai mult vor exista astfel de atomi în cristal, deci Mai mult vor fi găuri.

Pentru ca electronii liberi să fie eliberați și să se miște într-un astfel de semiconductor, legăturile de valență dintre atomi trebuie distruse. Dar electronii nu vor fi încă suficienți, deoarece numărul de găuri va fi întotdeauna Mai mult numărul de electroni la un moment dat.

Astfel de semiconductori se numesc semiconductori cu perforat conductivitate sau conductoare p-tip, care în latină „pozitiv” înseamnă „pozitiv”. Astfel, fenomenul curentului electric într-un cristal semiconductor de tip p este însoțit de un continuu aparitieȘi dispariție sarcinile pozitive sunt găuri. Și asta înseamnă că într-un semiconductor p-tip principal purtătorii de taxe sunt găuri, și nu de bază - electroni.

Acum că aveți o anumită înțelegere a fenomenelor care apar în semiconductori, nu vă va fi dificil să înțelegeți principiul de funcționare a componentelor radio semiconductoare.

Să ne oprim la aceasta și în considerarea dispozitivului, principiul de funcționare al diodei, vom analiza caracteristica curent-tensiune și circuitele de comutare.
Noroc!

O sursă:

1 . Borisov V.G. - Un tânăr radioamator. 1985
2 . Site-ul web academic.ru: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.

Ieriutkin Evgheni Sergheevici
profesor de fizică cu cea mai înaltă categorie de calificare, școala secundară №1360, Moscova

Dacă realizați o conexiune directă, atunci câmpul extern va neutraliza câmpul de blocare, iar curentul va fi realizat de către purtătorii principali de încărcare.

Orez. 9. joncțiune p-n cu conexiune directă ()

În acest caz, curentul transportatorilor minoritari este neglijabil, practic este inexistent. Prin urmare, joncțiunea p-n asigură conducerea unidirecțională a curentului electric.

Orez. 10. Structura atomică a siliciului cu creșterea temperaturii

Conducerea semiconductoarelor este electron-hole, iar o astfel de conducere se numește conducție intrinsecă. Și, spre deosebire de metalele conductoare, pe măsură ce temperatura crește, numărul de încărcări gratuite crește (în primul caz, nu se schimbă), astfel încât conductivitatea semiconductorilor crește odată cu creșterea temperaturii, iar rezistența scade.

O problemă foarte importantă în studiul semiconductorilor este prezența impurităților în ele. Și în cazul prezenței impurităților, ar trebui să vorbim de conductivitate a impurităților.

Dimensiunea redusă și calitatea foarte înaltă a semnalelor transmise au făcut ca dispozitivele semiconductoare să fie foarte comune în tehnologia electronică modernă. Compoziția unor astfel de dispozitive poate include nu numai siliciul menționat mai sus cu impurități, ci și, de exemplu, germaniu.

Unul dintre aceste dispozitive este o diodă - un dispozitiv care poate trece curentul într-o direcție și împiedică trecerea acestuia în cealaltă. Se obține prin implantarea unui alt tip de semiconductor într-un cristal semiconductor de tip p sau n.

Orez. 11. Desemnarea diodei pe diagramă și, respectiv, schema dispozitivului acesteia

Un alt dispozitiv, acum cu două joncțiuni pn numit tranzistor. Acesta servește nu numai pentru a selecta direcția fluxului de curent, ci și pentru a o converti.

Orez. 12. Schema structurii tranzistorului și desemnarea acestuia pe circuitul electric, respectiv ()

Trebuie remarcat faptul că microcircuitele moderne folosesc multe combinații de diode, tranzistoare și alte dispozitive electrice.

În lecția următoare, ne vom uita la propagarea curentului electric în vid.

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizică (nivel de bază) M.: Mnemosyne. 2012
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fizica clasa a 10-a. M.: Ileksa. 2005
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizică. Electrodinamică M.: 2010

1. Principiile de funcționare a dispozitivelor ().
2. Enciclopedia de fizică și tehnologie ().

1. Ce cauzează electronii de conducție într-un semiconductor?
2. Ce este conductivitatea intrinsecă a unui semiconductor?
3. Cum depinde conductivitatea unui semiconductor de temperatură?
4. Care este diferența dintre o impuritate donor și o impuritate acceptor?
5. * Care este conductivitatea siliciului cu un amestec de a) galiu, b) indiu, c) fosfor, d) antimoniu?