Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
элементов
Определения, понятия и законы
169
Менделеева. Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую
решетку. Валентные электроны каждого атома связаны с валентными
электронами соседних атомов химическими парноэлектронными связями. Такие
связи называются ковалентными; для высвобождения электрона из ковалентной
связи требуется сравнительно небольшая энергия (не более 1,5-2 электрон-
вольт). При комнатной температуре средняя энергия теплового движения
атомов в полупроводниковом кристалле составляет около 0,04 электрон-
вольт, что значительно меньше энергии, необходимой для отрыва валентного
электрона. Однако, вследствие флуктуаций энергии теплового движения
некоторые атомы полупроводника ионизуются.
Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседними атомами, так
как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действием
внешнего электрического поля перемещаются в кристалле, создавая
электронный ток проводимости (проводимости "-типа). Удаление электрона с
внешней оболочки одного из атомов кристаллической решетки приводит к
превращению этого атома в положительный ион. Этот ион может
нейтрализоваться, захватив электрон у одного из соседних атомов. Далее, в
результате переходов от атомов к положительным ионам происходит процесс
хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном
(дырки). При приложении внешнего электрического поля в кристалле
возникает упорядоченное движение дырок - дырочный ток проводимости
(проводимости р-типа).
Собственная и примесная проводимость полупроводников. Зависимость
проводимости полупроводников от температуры. В идеальном
полупроводниковом кристалле электрический ток создается встречным
движением равного количества отрицательно заряженных электронов и
положительно заряженных дырок. Такой тип проводимости называется
собственной проводимостью полупроводников.
Концентрация носителей заряда в полупроводниках при комнатных
температурах значительно меньше, чем в металлах. Поэтому
170
Постоянный ток
удельное сопротивление полупроводников обычно больше, чем металлов. При
понижении температуры удельное сопротивление полупроводника
увеличивается, он все больше становится похожим на диэлектрик.
Примесной проводимостью полупроводников называется их проводимость,
обусловленная внесением в их кристаллические решетки примесей (примесных
центров). Примеси бывают двух видов - до-норные и акцепторные.
Если, например, в кристалле кремния Si имеется примесь атомов мышьяка As,
то эти атомы замещают в узлах кристаллической решетки атомы кремния.
Пятивалентный атом мышьяка вступает в ковалентные связи с четырьмя
атомами кремния, а его пятый электрон оказывается незанятым в связях.
Энергия, необходимая для разрыва связи пятого валентного электрона с
атомом мышьяка в кристалле кремния, мала. Поэтому почти все атомы мышьяка
лишаются одного из своих электронов и становятся положительными ионами.
Так как энергия связи электронов с атомами кремния значительно превышает
энергию связи пятого валентного электрона с атомом мышьяка, перемещения
электронной вакансии (дырки) не происходит. Примеси, поставляющие
электроны проводимости без образования такого же числа дырок, называются
донорными. В полупроводниковом кристалле, содержащем донорные примеси,
электроны являются основными, но не единственными носителями тока, так
как небольшая часть собственных атомов кристалла ионизована и часть тока
переносится дырками. Полупроводниковые материалы, в которых электроны
служат основными носителями тока, а дырки
- неосновными, называются электронными полупроводниками
(полупроводниками л-типа).
Если в кристалле кремния часть атомов замещена атомами трехвалентного
элемента, например, индия In, то атом этого элемента может быть связан
только с тремя соседними атомами, а связь с четвертым атомом
осуществляется одним электроном. При этих условиях атом индия захватывает
электрон у одного из соседних атомов кремния и становится отрицательным
ионом. Захват электрона у
Определения, понятия и законы
171
одного из атомов кремния приводит к возникновению дырки. Примеси,
захватывающие электроны и создающие тем самым подвижные дырки, не
увеличивая при этом число электронов проводимости, называются
акцепторными. При комнатных температурах основными носителями тока в
полупроводниковом кристалле с акцепторной примесью являются дырки, а
неосновными носителями -электроны. Полупроводники, в которых концентрация
дырок превышает концентрацию электронов проводимости, называются
дырочными полупроводниками (полупроводниками р-типа).
р-п - переход и его свойства. Полупроводниковые приборы являются основой
современной электронной техники. Принцип действия большинства этих
приборов базируется на использовании свойств р-п - перехода.р-п -
переходом называется область монокристалличе-ского полупроводника, в
которой происходит смена типа проводимости. Такая область создается
