Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
полупроводника, и в нем возникает электронная примесная проводимость. Полупроводники с такой проводимостью называются электронными или полупроводниками п-типа. Атомы примесей, поставляющие электроны, называются донорами *).
4°. При замещении в кристалле полупроводника одного атома с четырьмя валентными электронами атомом примеси, который имеет три валентных электрона (индий, бор, алюминий), возникает недостаток одного электрона для образования всех ковалентных связей в решетке (рис. III.3.14). Однако примесный атом может s ? N
создать все связи, если он за- 4N0—й""' 4NgT-TsK'
жител ьных дырок электронами
равносильно движению дырки в полупроводнике и появлению в нем носителей тока. Под действием электрического поля дырка перемещается в направлении вектора напряженности поля, и в полупроводнике возникает дырочная примесная проводимость. Полупроводники с такой проводимостью называются примесными дырочными или полупроводниками р-типа. Атомы примесей, которые приводят к примесной дырочной проводимости, называются акцепторами **).
5°. Если в полупроводник одновременно вводятся и донорные и акцепторные примеси, то характер проводимости (ее п- или /ьтип) определяется примесью с более высокой концентрацией носителей тока — электронов или дырок. При любом типе электропроводности полупроводника концентрация носителей тока в нем значительно меньше, чем в металлах. Но величина этой концентрации, как и энергия носителей тока в полупроводниках, в отличие от металлов, зависит весьма сильно от температуры. При нагревании число носителей тока резко возрастает.
*) От латинского «donare» — дарить, жертвовать. **) От латинского «acceptor» — приемщик.
имствует электрон у ближайшего основного атома в решетке. Тогда на месте электрона, ушедшего из основного атома, образуется положительная дырка (III.3.11.5°), которая в свою очередь может быть заполнена электроном из следующего, соседнего атома решетки, и т. д. Последовательное заполнение поло-
Рис. III.3.14
248 ОТДЕЛ III. ГЛ. 3. ТОК В НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ СРЕДАХ
000 і + + і + + ©0©
©00 і+ + і+ + -- ©©©
©0© ! + + 1 + + -- ©@©
3.13. Электрические свойства контакта полупроводников р- и л-типов
1°. Область монокристаллического полупроводника (11.1.6.4°), в котором происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот), называется электронно-дырочным переходом (р—л-переходом). Обычно р—л-переход образуется в кристалле полупроводника, где 1 введением соответствующих приме-
сей создаются области с различной (р- и п-) проводимостью.
2°. При контактировании двух полупроводников с различными типами проводимости будет происхо-Рис. III.3.15 дить взаимная диффузия (П.1.3.Г)
носителей тока через границу соприкосновения (контакт) полупроводников. Электроны из л-полупроводника будут диффундировать в дырочный р-полупроводник. В результате из объема л-полупроводника, граничащего с контактом, уйдут электроны, этот объем будет обеднен электронами, и вблизи границы в кем образуется избыточный положительный заряд. Диффузия дырок из /j-полупроводника по аналогичным причинам приведет к возникновению вблизи границы в р-полупроводнике избыточного отрицательного заряда. В результате на границе электронно-дырочного перехода образуется запирающий электрический слой толщины I (рис. III.3.15). Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу раздела двух полупроводников. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников.
3°. Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего электрического поля. Если л-полупровод-ник подключен к отрицательному полюсу источника, а плюс источника соединен с р-полупроводником, то под действием электрического поля электроны в «-полупроводнике и дырки в р-полупроводнике будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников. Электроны, переходя границу, «заполняют» дырки. При таком прямом (пропускном) направлении внешнего электрического поля толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются (рис. III.3.16). В этом направлении электрический ток проходит через границу двух полупроводников.
4.1. МАГНИТНОЕ ПОЛЕ. МАГНИТНЫЙ ПОТОК
249
4°. Если n-полупроводник соединен с положительным полюсом источника, а р-полупроводник — с отрицательным, то электроны в /г-полупроводнике и дырки в р-полу-проводнике под действием электрического поля будут перемещаться от границы раздела в противоположные стороны (рис. 111.3.17). Это приводит к утолщению запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Направление внешнего электрического поля, расширяющее запирающий слой,
п P
+ + + —
-в + + + —
*-0 + + + —
1+ - 1 +
Рис. 111.3.16
U-
+ г -
Рис. III.3.17
называется запирающим (обратным). При таком направлении внешнего поля электрический ток через контакт двух п- и /?-полупроводников практически не проходит.
5°. Электронно-дырочный переход обладает односторонней (униполярной) проводимостью, аналогично выпрямляющему действию двухэлектродной лампы — диода (III.3.8.3°). Поэтому полупроводник с одним р—/!-переходом называется полупроводниковым диодом. Полупроводниковые диоды обладают целым рядом преимуществ перед электронными двухэлектродными лампами (экономия энергии для получения носителей тока, миниатюрность, высокая надежность и большой срок службы). Недостатком полупроводниковых диодов является ограниченный интервал температур, в котором они работают (приблизительно от —70 до +125 °С).
