Лекция 50
Цел на урока: да формира представа за свободните носители на електрически заряд в полупроводниците и естеството на електрическия ток в полупроводниците.
Тип на урока: Урок за изучаване на нов материал.
ИЗСЛЕДВАНЕ НА НОВ МАТЕРИАЛ
1. Какво представляват полупроводниците
Полупроводниците, както подсказва името им, заемат междинно положение между проводниците и диелектриците в своята проводимост. Ако стойността на специфичното електрическо съпротивление е приблизително равна на 10-8 Ohm · m, диелектриците - 1012 - 1020 Ohm · m, тогава полупроводниците - 10-8 - 107 Ohm · m.
По време на изследването на зависимостта на проводимостта на полупроводниците от външни фактори се оказа, че тази зависимост в полупроводниците е значително различна от тази, наблюдавана в металите.
Първо, след повишаване на температурата, съпротивлението на полупроводниците намалява, докато съпротивлението на металите, напротив, се увеличава.
На второ място, съпротивлението на някои полупроводници намалява според увеличаването на осветеността.
Трето, въвеждането на примеси може драстично да намали съпротивлението на полупроводниците.
2. Механизмът на присъщата проводимост на полупроводниците
Връзката между електроните и техните атоми в полупроводниците не е толкова силна, колкото в диелектриците. И в случай на повишаване на температурата, както и по време на ярко осветление, някои електрони се отделят от атомите си и стават свободни заряди, тоест те могат да се движат по цялата проба.
Поради това в полупроводниците се появяват отрицателни носители на заряд - свободни електрони.
Проводимостта на полупроводник поради движението на електрони се нарича електронна проводимост, а свободните електрони са проводими електрони.
Когато електрон се откъсне от атом, положителният заряд на този атом става некомпенсиран, т.е. на това място се появява допълнителен положителен заряд. Този положителен заряд се нарича "дупка". Атом, близо до който се образува дупка, може да отнеме свързан електрон от съседен атом, докато дупката ще се премести към съседния атом, а този атом от своя страна може да „прехвърли“ дупката по-нататък. Такова движение на "estafetine" на свързани електрони може да се разглежда като движение на дупки, т.е. положителни заряди.
Проводимостта на полупроводника, дължаща се на движението на дупки, се нарича дупчинова проводимост.
По този начин, разликата между дупчената проводимост и електронната проводимост е, че електронната проводимост се дължи на движението на свободни електрони в полупроводниците, а дупковата проводимост се дължи на движението на свързани електрони.
В чист полупроводник (без примеси) електрическият ток създава същия брой свободни електрони и дупки. Тази проводимост се нарича присъща проводимост на полупроводниците.
3. Влияние на примесите върху проводимостта на полупроводниците
Ако малко количество примес се добави към чист полупроводник, механизмът на проводимост ще се промени драстично. Тази промяна е лесна
наблюдавайте на примера на силиций (Si) с малко количество примес на арсен (As). В новия кристал някои от силициевите атоми ще бъдат заменени с атоми на арсен. Известно е, че Арсен е петивалентен елемент. Четирите валентни електрона на атомите на арсен образуват сдвоени електронни връзки със съседни силициеви атоми. Петият валентен електрон на двойка не е достатъчен и тъй като е слабо свързан с атоми на арсен, той лесно се освобождава. В резултат значителен брой примесни атоми дават свободни електрони. Трябва да се отбележи, че примесите като арсен добавят само електрони към кристала и в този случай не се образуват свободни места (дупки).
Примесите, чиито атоми лесно отдават електрони, се наричат донори.
Основните носители на заряд в полупроводници с донорни примеси са отрицателните частици. Следователно такива полупроводници се наричат полупроводници от n-тип.
Полупроводниците, в които електроните са основните носители на заряд, се наричат полупроводници от n-тип.