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. Energia cinetică a particulelor crește 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 este ruptă, 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.

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

Semiconductorii sunt, de asemenea, 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). Purtătorii principali 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

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

joncțiune p-n directă

Dacă n-semiconductorul este conectat la polul negativ al sursei de energie, iar polul pozitiv al sursei de putere este conectat la p-semiconductor, atunci sub acțiunea unui câmp electric, electronii din n-semiconductor și găurile din p-semiconductor se vor deplasa unele spre altele către interfața cu semiconductor. 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 curentului de caracteristica tensiune - volt - curent a joncțiunii p-n este prezentată în figură (caracteristica volt - curent a joncțiunii directe p-n este prezentată printr-o linie continuă, este prezentată caracteristica volt - amper a joncțiunii inverse p-n printr-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 ​​direcția inversă.

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.

>>Fizică: curent electric în semiconductori

Care este principala diferență dintre semiconductori și conductori? Ce caracteristici structurale ale semiconductorilor le-au oferit acces la toate dispozitivele radio, televizoarele și computerele?
Diferența dintre conductori și semiconductori este evidentă în special atunci când se analizează dependența conductivității lor electrice de temperatură. Studiile arată că pentru o serie de elemente (siliciu, germaniu, seleniu etc.) și compuși (PbS, CdS, GaAs etc.), rezistivitatea nu crește odată cu creșterea temperaturii, ca în metale ( fig.16.3), dar, dimpotrivă, scade extrem de brusc ( fig.16.4). Astfel de substanțe sunt numite semiconductori.

Din graficul prezentat în figură, se poate observa că la temperaturi apropiate de zero absolut, rezistivitatea semiconductorilor este foarte mare. Aceasta înseamnă că la temperaturi scăzute semiconductorul se comportă ca un izolator. Pe măsură ce temperatura crește, rezistivitatea acesteia scade rapid.
Structura semiconductorilor. Pentru a porni receptorul cu tranzistor, nu trebuie să știți nimic. Dar pentru a-l crea, trebuia să știi multe și să ai un talent extraordinar. A înțelege în termeni generali cum funcționează un tranzistor nu este atât de dificil. Mai întâi trebuie să vă familiarizați cu mecanismul de conducere în semiconductori. Și pentru asta trebuie să aprofundezi natura conexiunilorținând atomii unui cristal semiconductor unul lângă altul.
De exemplu, luați în considerare un cristal de siliciu.
Siliciul este un element tetravalent. Aceasta înseamnă că în învelișul exterior al atomului său există patru electroni legați relativ slab de nucleu. Numărul celor mai apropiați vecini ai fiecărui atom de siliciu este, de asemenea, de patru. O diagramă a structurii unui cristal de siliciu este prezentată în Figura 16.5.

Interacțiunea unei perechi de atomi vecini se realizează folosind o legătură pereche-electron, numită legătură covalentă. La formarea acestei legături participă câte un electron de valență de la fiecare atom, care sunt separați de atomul căruia îi aparțin (colectat de cristal) și, în timpul mișcării lor, își petrec cea mai mare parte a timpului în spațiul dintre atomii vecini. Sarcina lor negativă menține ionii pozitivi de siliciu unul lângă celălalt.
Nu trebuie să credem că perechea colectivizată de electroni aparține doar a doi atomi. Fiecare atom formează patru legături cu vecinii săi și orice electron de valență se poate mișca de-a lungul unuia dintre ei. După ce a ajuns la atomul vecin, poate trece la următorul și apoi mai departe de-a lungul întregului cristal. Electronii de valență aparțin întregului cristal.
Legăturile perechi-electron dintr-un cristal de siliciu sunt suficient de puternice și nu se rupe la temperaturi scăzute. Prin urmare, siliciul nu conduce electricitatea la temperaturi scăzute. Electronii de valență implicați în legarea atomilor sunt, parcă, o „soluție de cimentare” care ține rețeaua cristalină, iar un câmp electric extern nu are un efect vizibil asupra mișcării lor. Un cristal de germaniu are o structură similară.
conductivitate electronică. Când siliciul este încălzit, energia cinetică a particulelor crește și legăturile individuale se rup. Unii electroni își părăsesc „căile bătute” și devin liberi, ca electronii dintr-un metal. Într-un câmp electric, se deplasează între nodurile rețelei, creând un curent electric ( fig.16.6).

Conductivitatea semiconductorilor datorită prezenței electronilor liberi în ele se numește conductivitate electronică. Pe măsură ce temperatura crește, crește numărul de legături rupte și, prin urmare, numărul de electroni liberi. Când este încălzit de la 300 la 700 K, numărul de purtători de încărcare liberă crește de la 10 17 la 10 24 1/m 3 . Acest lucru duce la o scădere a rezistenței.
conducerea orificiului. Când o legătură este ruptă între atomii semiconductori, se formează un loc vacant cu un electron lipsă. El este sunat gaură. Gaura are o sarcină pozitivă în exces în comparație cu restul legăturilor neîntrerupte (vezi Fig. 16.6).
Poziția găurii în cristal nu este fixă. Următorul proces are loc continuu. Unul dintre electronii care asigură legătura dintre atomi sare în locul găurii formate și restabilește legătura pereche-electron aici, iar de unde a sărit acest electron, se formează o nouă gaură. Astfel, gaura se poate deplasa prin tot cristalul.
Dacă intensitatea câmpului electric din probă este zero, atunci mișcarea găurilor, echivalentă cu mișcarea sarcinilor pozitive, are loc aleatoriu și, prin urmare, nu creează un curent electric. În prezența unui câmp electric, are loc o mișcare ordonată a găurilor și, astfel, la curentul electric al electronilor liberi se adaugă un curent electric asociat mișcării găurilor. Direcția de mișcare a găurilor este opusă direcției de mișcare a electronilor ( fig.16.7).

În absența unui câmp extern, există o gaură (+) pentru un electron liber (-). Când se aplică un câmp, un electron liber este deplasat față de intensitatea câmpului. Unul dintre electronii legați se mișcă și el în această direcție. Se pare că gaura se mișcă în direcția câmpului.
Deci, în semiconductori există două tipuri de purtători de sarcină: electroni și găuri. Prin urmare, semiconductorii au nu numai electronice, ci și conductivitatea găurii.
Am luat în considerare mecanismul de conducere în semiconductori puri. Conductibilitatea în aceste condiții se numește propria conductivitate semiconductori.
Conductivitatea semiconductorilor puri (conductivitatea intrinsecă) este realizată prin mișcarea electronilor liberi (conducție electronică) și mișcarea electronilor legați către locurile libere ale legăturilor perechi-electron (conducție gaură).

???
1. Ce legătură se numește covalentă?
2. Care este diferența dintre dependența rezistenței semiconductorilor și a metalelor de temperatură?
3. Ce purtători de încărcare mobilă există într-un semiconductor pur?
4. Ce se întâmplă când un electron întâlnește o gaură?

G.Ya.Myakishev, B.B.Bukhovtsev, N.N.Sotsky, Fizica clasa a 10-a

Conținutul lecției rezumatul lecției suport cadru prezentarea lecției metode accelerative tehnologii interactive Practică sarcini și exerciții ateliere de autoexaminare, instruiri, cazuri, quest-uri teme pentru acasă întrebări discuții întrebări retorice de la elevi Ilustrații audio, clipuri video și multimedia fotografii, imagini grafice, tabele, scheme umor, anecdote, glume, benzi desenate, pilde, proverbe, cuvinte încrucișate, citate Suplimente rezumate articole jetoane pentru curioase cheat sheets manuale de bază și glosar suplimentar de termeni altele Îmbunătățirea manualelor și lecțiilorcorectarea erorilor din manual actualizarea unui fragment în manual elemente de inovare în lecție înlocuirea cunoștințelor învechite cu altele noi Doar pentru profesori lecții perfecte plan calendaristic pentru anul recomandări metodologice ale programului de discuții Lecții integrate

Dacă aveți corecții sau sugestii pentru această lecție,

În această lecție, vom lua în considerare un astfel de mediu pentru trecerea curentului electric ca semiconductori. Vom lua în considerare principiul conductivității lor, dependența acestei conductivitati de temperatură și prezența impurităților, luăm în considerare un astfel de concept precum joncțiunea p-n și dispozitivele semiconductoare de bază.

Dacă realizați o conexiune directă, atunci câmpul extern îl va neutraliza pe cel de blocare, iar curentul va fi realizat de purtătorii de sarcină principali (Fig. 9).

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 semiconductorilor este electron-hole, iar o astfel de conducere se numește conducție intrinsecă. Și, spre deosebire de metalele conductoare, odată cu creșterea temperaturii, numărul de încărcări libere doar crește (în primul caz, nu se schimbă), prin urmare, conductivitatea semiconductorilor crește odată cu creșterea temperaturii, iar rezistența scade (Fig. 10).

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.

Semiconductori

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 capabil să treacă curentul într-o direcție și să împiedice trecerea acestuia în cealaltă. Se obține prin implantarea unui alt tip de semiconductor într-un cristal semiconductor de tip p sau n (Fig. 11).

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

Un alt dispozitiv, acum cu două joncțiuni p-n, se numește tranzistor. Acesta servește nu numai la selectarea direcției fluxului de curent, ci și la convertirea acesteia (Fig. 12).

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.

Bibliografie

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizică (nivel de bază) - M.: Mnemozina, 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 ().

Teme pentru acasă

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?

Curentul electric în semiconductori Scopul lecției: să ne facem o idee despre purtătorii liberi de sarcină electrică din semiconductori și despre natura curentului electric din semiconductori. Tip de lecție: lecție de învățare a materialelor noi. PLANUL LECȚIEI Verificarea cunoștințelor 5 min. 1. Curentul electric în metale. 2. Curentul electric în electroliți. 3. Legea lui Faraday pentru electroliză. 4. Curentul electric în gaze Demonstrație 5 min. Fragmente din filmul video „Curentul electric în semiconductori” Învățare material nou 28 min. 1. Purtători de sarcină în semiconductori. 2. Conductibilitatea impurităților semiconductorilor. 3. Tranziția electron-gaură. 4. Diode semiconductoare și tranzistoare. 5. Circuite integrate Consolidarea materialului studiat 7 min. 1. Întrebări calitative. 2. Învățarea rezolvării problemelor STUDIAREA UNUI MATERIAL NOU 1. Purtarea sarcinilor în semiconductori Rezistențele specifice semiconductorilor la temperatura camerei au valori care sunt într-o gamă largă, adică. de la 10-3 la 107 Ohm m, și ocupă o poziție intermediară între metale și dielectrici. Semiconductorii sunt substanțe a căror rezistivitate scade foarte rapid odată cu creșterea temperaturii. Semiconductorii includ multe elemente chimice (bor, siliciu, germaniu, fosfor, arsen, seleniu, teluriu etc.), un număr mare de minerale, aliaje și compuși chimici. Aproape toate substanțele anorganice ale lumii înconjurătoare sunt semiconductori. Pentru temperaturi suficient de scăzute și absența influențelor externe de iluminare sau încălzire), semiconductorii nu conduc curentul electric: în aceste condiții, toți electronii din semiconductori sunt legați. Cu toate acestea, legătura electronilor cu atomii lor în semiconductori nu este la fel de puternică ca în dielectrici. Și în cazul creșterii temperaturii, precum și pentru iluminare puternică, unii electroni se desprind de atomii lor și devin încărcături libere, adică se pot deplasa în întreaga probă. Din această cauză, în semiconductori apar purtători de sarcină negativă - electroni liberi. electroni se numesc electron. Când un electron este detașat dintr-un atom, sarcina pozitivă a atomului respectiv devine necompensată, adică. în acest loc apare o încărcătură pozitivă suplimentară.Această sarcină pozitivă se numește „găuri”. Un atom în apropierea căruia s-a format o gaură poate îndepărta un electron legat de la un atom învecinat, în timp ce gaura se va deplasa la un atom vecin și acel atom, la rândul său, poate „trece” gaura mai departe. O astfel de mișcare „batonă” a electronilor legați poate fi considerată o mișcare a găurilor, adică sarcini pozitive. Conductivitatea unui semiconductor datorită mișcării (de exemplu, sarcină. Conductivitatea unui semiconductor datorită mișcării găurilor se numește gaură. Diferența dintre conductibilitatea găurii și Astfel, conductivitatea electronică este aceea că conductivitatea electronică se datorează mișcării libere). electroni în semiconductori, iar conductivitatea orificiilor se datorează mișcării electronilor legați.Într-un semiconductor pur (fără impurități), un curent electric creează același număr de electroni liberi și goluri.Această conductivitate se numește conductivitate intrinsecă a semiconductorilor.2 Conductivitatea impurităților semiconductorilor Dacă adăugați o cantitate mică de arsen (aproximativ 10-5%) la siliciu topit pur, după întărire, rețeaua obișnuită de siliciu cristalin, dar în unele locuri de rețea, în loc de atomi de siliciu, vor exista atomi de arsen. După cum știți, arsenul este un element pentavalent, electronii chotivalenti formează legături electronice pereche cu atomii de siliciu învecinați. Al n-lea electron nu va avea suficiente legături, în timp ce va fi atât de slab legat de atomul de arsen, care devine ușor liber. Ca rezultat, fiecare atom de impuritate va da un electron liber. Impuritățile ai căror atomi donează cu ușurință electroni se numesc impurități donatoare. Electronii din atomii de siliciu pot deveni liberi, formând o gaură, prin urmare, impuritățile care „captează” electronii atomilor pot exista simultan într-un cristal și se numesc electroni liberi și găuri. Cu toate acestea, vor exista de multe ori mai mulți electroni liberi decât găuri. Semiconductorii în care electronii sunt cei mai mulți purtători de sarcină se numesc semiconductori de tip n. Dacă la siliciu se adaugă o cantitate mică de indi trivalent, atunci natura conductibilității semiconductorului se va schimba. Deoarece indiul are trei electroni de valență, poate stabili o legătură covalentă cu doar trei atomi învecinați. Un electron nu este suficient pentru a stabili o legătură cu al patrulea atom. Indiul „împrumută” un electron de la atomii vecini, ca urmare, fiecare atom al Indiei formează un loc liber - o gaură. rețea cristalină de semiconductori, acceptor. În cazul unei impurități acceptoare, purtătorii de sarcină principali au găuri în timpul trecerii unui curent electric printr-un semiconductor. Semiconductorii în care găurile sunt cei mai mulți purtători de sarcină se numesc semiconductori de tip p. Aproape toți semiconductorii conțin atât impurități donor, cât și acceptoare. Tipul de conductivitate semiconductoare determină impuritatea cu o concentrație mai mare de purtători de sarcină - electroni și găuri. 3. Tranziția electron-gaură Dintre proprietățile fizice inerente semiconductorilor, proprietățile contactelor (p-n-joncțiune) dintre semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate au primit cea mai mare utilizare. Într-un semiconductor de tip n, electronii participă la mișcarea termică și difuzează prin graniță în semiconductorul de tip p, unde concentrația lor este mult mai mică. În mod similar, găurile vor difuza de la un semiconductor de tip p la un semiconductor de tip n. Acest lucru se întâmplă la fel cum atomii unei substanțe dizolvate difuzează de la o soluție puternică la una slabă atunci când se ciocnesc. Ca urmare a difuziei, zona de aproape contact este epuizată de purtătorii principali de sarcină: în semiconductorul de tip n, concentrația de electroni scade, iar în semiconductorul de tip p, concentrația de găuri. Prin urmare, rezistența zonei de contact este foarte semnificativă. Difuzia electronilor și a găurilor prin joncțiunea p-n duce la faptul că semiconductorul de tip n din care provin electronii este încărcat pozitiv, iar tipul p este încărcat negativ. Se formează un strat dublu electric, care creează un câmp electric care împiedică difuzarea în continuare a purtătorilor de curent liber prin contactul semiconductorului. La o anumită tensiune între stratul dublu încărcat, sărăcirea suplimentară a zonei de aproape contact de către purtătorii principali se oprește. Dacă acum semiconductorul este conectat la o sursă de curent, astfel încât regiunea sa electronică să fie conectată la polul negativ al sursei, iar regiunea găurii la polul pozitiv, atunci câmpul electric creat de sursa de curent va fi direcționat astfel încât să se miște principalii purtători de curent din fiecare secțiune a semiconductorului cu joncțiune p- n. La contact, secțiunea se va îmbogăți cu principalii purtători de curent, iar rezistența acesteia va scădea. Un curent semnificativ va curge prin contact. Direcția curentului în acest caz se numește debit sau direct. Dacă, totuși, un semiconductor de tip n este atașat la cel pozitiv și un semiconductor de tip p la polul negativ al sursei, atunci zona de contact apropiat se extinde. Rezistența zonei este mult crescută. Curentul prin stratul de tranziție va fi foarte mic. Această direcție a curentului se numește închidere sau inversă. 4. Diode semiconductoare și tranzistori Prin urmare, prin interfața dintre semiconductori de tip n și tip p, curentul electric circulă într-o singură direcție - de la semiconductorul de tip p la semiconductorul de tip n. Acesta este folosit în dispozitivele numite diode. Diodele semiconductoare sunt folosite pentru a redresa un curent alternativ (un astfel de curent se numește alternativ), precum și pentru fabricarea de LED-uri. Redresoarele cu semiconductor au fiabilitate ridicată și durată lungă de viață. dispozitive: Diodele semiconductoare sunt utilizate pe scară largă în receptoare radio, videoreceptoare, televizoare, computere. O aplicație și mai importantă a semiconductorilor a fost tranzistorul. Este format din trei straturi de semiconductori: la margini sunt semiconductori de un tip, iar între ele este un strat subțire de alt tip de semiconductor. Utilizarea pe scară largă a tranzistorilor se datorează faptului că acestea pot fi utilizate pentru amplificarea semnalelor electrice. Prin urmare, tranzistorul a devenit elementul principal al multor dispozitive semiconductoare. 5. Circuite integrate Diodele și tranzistoarele semiconductoare sunt elementele de bază ale dispozitivelor foarte complexe, care se numesc circuite integrate. Microcircuitele funcționează astăzi în computere și televizoare, telefoane mobile și sateliți artificiali, în mașini, avioane și chiar în mașini de spălat. Un circuit integrat este realizat pe o placă de siliciu. Dimensiunea plăcii este de la un milimetru la un centimetru, iar o astfel de placă poate găzdui până la un milion de componente - diode minuscule, tranzistoare, rezistențe etc. Avantajele importante ale circuitelor integrate sunt viteza mare și fiabilitatea, precum și costul redus. . Datorită acestui fapt, pe baza circuitelor integrate, a fost posibil să se creeze complexe, dar accesibile multor dispozitive, computere și aparate de uz casnic moderne. ÎNTREBARE PENTRU ELEVI ÎN TIMPUL PREZENTĂRII DE MATERIAL NOU Nivelul I 1. Ce substanțe pot fi clasificate ca semiconductoare? 2. Mișcarea căror particule încărcate creează un curent în semiconductori? 3. De ce rezistența semiconductorilor depinde foarte mult de prezența impurităților? 4. Cum se formează o joncțiune p-n? Ce proprietate are o joncțiune p-n? 5. De ce nu pot trece purtătorii de încărcare liberi prin joncțiunea p-n a unui semiconductor? Al doilea nivel 1. După introducerea impurităților de arsenic în germaniu, concentrația electronilor de conducere a crescut. Cum s-a schimbat concentrația găurilor în acest caz? 2. Cu ajutorul ce experiență se poate convinge de conductivitatea unilaterală a unei diode semiconductoare? 3. Este posibil să obțineți o joncțiune pn prin topirea staniului în germaniu sau siliciu? CONFIGURAREA MATERIALULUI STUDIAT 1). Întrebări calitative 1. De ce cerințele pentru puritatea materialelor semiconductoare sunt foarte mari (în unele cazuri, prezența chiar și a unui atom de impuritate la un milion de atomi nu este permisă)? 2. După introducerea impurităților de arsenic în germaniu, concentrația electronilor de conducere a crescut. Cum s-a schimbat concentrația găurilor în acest caz? 3. Ce se întâmplă în contactul a doi semiconductori de tip n și p? 4. Într-o cutie închisă se află o diodă semiconductoare și un reostat. Capetele dispozitivelor sunt scoase și conectate la terminale. Cum se determină ce terminale aparțin unei diode? 2). Învățarea rezolvării problemelor 1. Ce fel de conductivitate (electronică sau orificiu) are siliciul dopat cu galiu? India? fosfor? antimoniu? 2. Ce conductivitate (electronică sau gaură) va avea siliciul dacă i se adaugă fosfor? bor? aluminiu? arsenic? 3. Cum se va schimba rezistența unei probe de siliciu cu o impuritate de fosfor dacă se introduce în ea o impuritate de galiu? Concentrația atomilor de fosfor și galiu este aceeași. (Răspuns: va crește) CE AM ÎNVĂȚAT LA LECȚIE · Semiconductorii sunt substanțe a căror rezistivitate scade foarte repede odată cu creșterea temperaturii. Conductivitatea unui semiconductor datorită mișcării electronilor se numește electronică. Conductivitatea unui semiconductor datorită mișcării găurilor se numește conductivitate a găurilor. Impuritățile ai căror atomi donează cu ușurință electroni se numesc impurități donatoare. · Semiconductorii în care principalii purtători de sarcină sunt electronii se numesc semiconductori de tip n. · Impuritățile care „captează” electronii atomilor rețelei cristaline a semiconductorilor se numesc acceptoare. · Semiconductorii în care găurile sunt principalii purtători de sarcină se numesc semiconductori de tip p. · Contactul a doi semiconductori cu diferite tipuri de conductivitate are proprietățile de a conduce bine curentul într-o direcție și mult mai rău în sens opus, adică. are conducere unidirecţională. Tema pentru acasă 1. §§ 11, 12.