Полупроводники. Электронно-дырчатый переход

+

+

+

+

Полупроводниковые приборы.

Прежде всего поясним само понятие – полупроводник.

По способности проводить электрические заряды вещества условно делятся на проводники и непроводники электричества.

Тела и вещества, в которых нельзя создавать

Тела и вещества, в которых можно создавать

электрический ток , называют

электрический ток, называют проводниками.

непроводниками тока.

Воздух, стекло, парафин, слюда,

Металлы , уголь, кислоты,

лаки, фарфор, резина, пластмассы,

растворы солей, щелочи,

живые организмы

различные смолы,

маслянистые жидкости,

и многие другие тела и вещества.

сухое дерево, сухая ткань,

бумага и другие вещества.

Проводники

Полупроводники

Проводники

Непроводники

Непроводники

(диэлектрики)

(диэлектрики)

Полупроводники по электропроводности занимают

промежуточное место между проводниками и непроводниками.

Полупроводники

Период

Группа

III

1

IV

2

Y

B

3

VI

C

Al

4

N

VII

Ga

5

Si

O

P

6

Ge

In

F

Tl

Sn

As

S

Sb

Se

Pb

Cl

Bi

Te

Br

I

Po

Al

Бор B, углерод C, кремний Si фосфор Р, сера S, германий Ge, мышьяк As, селен Se, олово Sn, сурьма Sb, теллур Te и йод I.

Полупроводники - это ряд элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды,

теллуриды и другие химические соединения.

Полупроводники — материалы, которые по своей проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками

и отличаются от проводников сильной зависимостью проводимости от концентрации примесей, температуры и различных видов излучения.

ρ

Основное свойство полупроводников – увеличение электрической проводимости

с ростом температуры.

∞

Из графика зависимости ρ(Т) видно,

что при Т → 0 , ρ → ∞ ,

а при Т → ∞ , ρ →0

Вывод:

При низких температурах полупроводник

ведет себя как диэлектрик , а при

высоких обладает хорошей проводимостью

Т

0

∞

Атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра по стабильным орбитам.

Электронная оболочка атома германия состоит из 32 электронов, четыре из которых вращаются по его внешней орбите.

Электронная оболочка атома

Ядро атома

Сколько электронов у атома германия?

Ge

Сколько электронов у атома германия?

Строение полупроводников

( на примере германия)

Каждая пара соседних атомов

Германий– четырехвалентный элемент,

взаимодействует с помощью парноэлектронной связи .

во внешней оболочке – четыре электрона.

От каждого атома в ее образовании участвует один электрон.

Каждый атом связан с четырьмя соседними

2

1

4

3

Любой валентный электрон может двигаться по любой из четырех связей

Парноэлектронные связи достаточно прочны и при низких температурах

атома, а , дойдя до соседнего, двигаться по его связям, т.е по всему кристаллу.

не разрываются, поэтому при низких температурах кремний не проводит ток.

Собственная проводимость полупроводников

При повышении температуры отдельные связи разрываются, электроны

становятся «свободными», в электрическом поле они перемещаются

упорядоченно, образуя ток. При увеличении температуры от 300 К до 700 К

их число возрастает в 10 7 раз.

+

+

+

+

Е

При разрыве связи образуется вакантное место , которое называют дыркой.

В дырке имеется избыточный положительный заряд.

Проводимость чистых полупроводников называется

собственной проводимостью полупроводников

Положение дырки в кристалле постоянно меняется. Этот процесс протекает так :

Один из электронов,

обеспечивающих связь атомов,

перескакивает на место дырки,

восстанавливает парноэлектронную связь , а там, где он находился, образуется дырка.

Если электрическое поле отсутствует, то перемещение дырок беспорядочно, поэтому

не создает тока.

Если есть поле, то движение дырок

становится упорядоченным , и к

электрическому току, образованному движением электронов, добавляется ток, связанный с перемещением дырок.

Вывод:

в полупроводниках имеются

носители зарядов двух типов :

электроны и дырки.

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика.

Электрическая проводимость полупроводников

при наличии примесей

ПРИМЕСИ

АКЦЕПТОРНЫЕ

ДОНОРНЫЕ

Примеси, легко принимающие

Примеси, легко отдающие

электроны, увеличивающие количество свободных электронов.

электроны, увеличивающие количество дырок.

Атом индия имеет 3 валентных

электрона, которые участвуют

в образовании парноэлектронных

связей, а для образования четвертой электрона недостает,

в результате образуется дырка.

Атом мышьяка имеет 5 валентных

электронов, 4 из которых участвуют

в образовании парноэлектронных

связей, а пятый становится свободным.

Полупроводники , содержащие

Полупроводники , содержащие

донорные примеси, называются

акцепторные примеси, называются

полупроводниками n – типа

полупроводниками р – типа

от слова negative – отрицательный

от слова positive – положительный

Наибольший интерес представляет контакт полупроводников р – и п – типа, называемый р – п - переходом

р – типа

р – п - переход

п – типа

_

+

Е

При образовании контакта электроны частично переходят из полупроводника п - типа в полупроводник р – типа, а дырки – в обратном направлении

В результате полупроводник п - типа заряжается положительно, а р – типа - отрицательно .

В зоне перехода возникает электрическое поле, которое через некоторое время начинает препятствовать дальнейшему перемещению дырок и электронов.

_

Особенности действия р – п - перехода при его подключении в цепь

р – п - переход

п – типа

р – типа

+

I

При данном подключении ток через р – п - переход

осуществляется основными носителями зарядов, поэтому

проводимость перехода велика, а сопротивление мало

Рассмотренный переход называют прямым

Вольт - амперная характеристика прямого перехода

изображена на графике

U

0

р – п - переход по отношению к току оказывается несимметричным :

в прямом направлении сопротивление перехода значительно меньше,

чем в обратном.

_

р – п - переход

п – типа

р – типа

+

I

При данном подключении ток через р – п - переход

осуществляется неосновными носителями, поэтому

проводимость перехода мала, а сопротивление велико.

Этот переход называют обратным

U

Вольт - амперная характеристика обратного перехода

изображена на графике пунктиром.

0