Полупроводники

Полупроводники – это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличия примесей, изменения освещённости. По этим свойствам они разительно отличаются от металлов. Обычно к полупроводникам относятся кристаллы, в которых для освобождения электрона требуется энергия более 1.5 – 2 эВ. Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью.

В идеальном кристалле ток создаётся равным количеством электронов и дырок. Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещённости) собственная проводимость проводников увеличивается. На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают донорные и акцепторные.

Донорная примесь – большей валентности. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью n = 4 донорной примесью является мышьяк с валентностью n = 5. Каждый атом примеси мышьяка приведёт к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь – это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет дырочной, а полупроводник называют полупроводником р-типа. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью n = 3. Каждый атом индия приведёт к образованию лишней дырки.

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах p-n-перехода. При приведении в контакт двух полупроводниковых приборов р-типа и n-типа в месте контакта начинается диффузия электронов из n-области в р-область, а «дырок» из р в n-область. Этот процесс будет не бесконечный во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».

р-n-контакт полупроводников обладает односторонней проводимостью: если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области “-“ источника тока, то запирающий слой разрушится и р-n-переход будет проводить электрический ток. Электроны из области n пойдут в р-область, а «дырки» из р-области в n-область. В случае обратного подключения ток равен нулю.

Так, если к р-области подключить «-» источника тока, а к n-области «+», то запирающий слой расширится.

Полупроводниковый диод (рис. 6) состоит из полупроводников р и n-типа. Достоинством полупроводникового диода являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий КПД, а недостатком – зависимость его сопротивления от температуры. Основное применение полупроводникового диода – в качестве выпрямителя тока.

p n

+ -