ГРУППА  308.  ФИЗИКА. « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ  ТОК  В ПОЛУПРОВОДНИКАХ»

  Полупроводник - это вещество, у которого удельное сопротивление может изменяться в широких пределах и очень быстро убывает с повышением температуры., а это значит, что электрическая проводимость (1/R ) увеличивается. - наблюдается у кремния, германия, селена и у некоторых соединений.

Механизм проводимости у полупроводников.   Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. При низких температурах у чистых полупроводников свободных электронов нет и он ведет себя как диэлектрик.                              

  Полупроводники чистые (без примесей)

Если полупроводник чистый( без примесей), то он обладает собственной проводимостью, которая невелика. Собственная проводимость бывает двух видов:

1. электронная ( проводимость "n " - типа)  При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и сопротивление большое; при увеличении температуры кинетическая энергия частиц увеличивается, рушатся связи и возникают свободные электроны - сопротивление уменьшается. Свободные электроны перемещаются противоположно вектору напряженности электрического .поля. Электронная проводимость полупроводников обусловлена наличием свободных электронов.

 2. дырочная (проводимость " p"- типа).  При увеличении температуры разрушаются ковалентные связи, осуществляемые валентными электронами, между атомами и образуются места с недостающим электроном - "дырка". Она может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение "дырки" равноценно перемещению положительного заряда. Перемещение дырки происходит в направлении вектора напряженности электрического поля. Кроме нагревания  разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость ) и действием сильных электрических полей

 

 Общая проводимость чистого полупроводника складывается из проводимостей "p" и "n" -типов и называется электронно-дырочной проводимостью

 Полупроводники при наличии примесей - у них существует собственная + примесная проводимость  Наличие примесей сильно увеличивает проводимость. При изменении концентрации примесей изменяется число носителей элктричского тока.- электронов и дырок. Возможность управления током лежит в основе широкого применения полупроводников.

Существуют:

 1) донорные примеси (отдающие) - являются дополнительными поставщиками электронов в кристаллы полупроводника, легко отдают электроны и увеличивают число свободных электронов в полупроводнике. Это проводники " n " - типа, т.е. полупроводники с донорными примесями, где основной носитель заряда - электроны, а неосновной - дырки. Такой полупроводник обладает электронной примесной проводимостью

Например - мышьяк.

 

2. акцепторные примеси ( принимающие ) - создают "дырки", забирая в себя электроны. Это полупроводники " p "- типа, т.е. полупроводники с акцепторными примесями, где основной носитель заряда - дырки, а неосновной - электроны. Такой полупроводник обладает дырочной примесной проводимостью.

 
Например - индий.

 Электрические свойства "p-n" перехода. 

 "p-n" переход (или электронно-дырочный переход) - область контакта двух полупроводников, где происходит смена проводимости с электронной на дырочную (или наоборот). В кристалле полупроводника введением примесей можно создать такие области.

  В зоне контакта двух полупроводников с различными проводимостями будет проходить взаимная диффузия. электронов и дырок и образуется запирающий электрический слой. Электрическое поле запирающего слоя препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с другими областями полупроводника.              

      Внешнее электрическое поле влияет на сопротивление запирающего слоя. При прямом (пропускном) направлении внешнего эл.поля эл.ток проходит через границу двух полупроводников. Т.к. электроны и дырки движутся навстречу друг другу к границе раздела, то электроны, переходя границу, заполняют дырки. Толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются.

 Пропускной режим р-n перехода

При запирающем (обратном) направлении внешнего электрического поля электрический ток через область контакта двух полупроводников проходить не будет. Т.к. электроны и дырки перемещаются от границы в противоположные стороны, то запирающий слой утолщается, его сопротивление увеличивается.

 Запирающий режим р-n перехода:

 Таким образом, электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью. Полупроводниковые диоды

Полупроводник с одним "p-n" переходом называется полупроводниковым диодом.

 При наложении элктричского .поля в одном направлении сопротивление полупроводника велико, обратном - сопротивление мало.

 

Полупроводниковые диоды - основные элементы выпрямителей переменного тока.

Полупроводниковые транзисторы - также используются свойства" р-n "переходов, - транзисторы используются в схемотехнике  радиоэлектронных приборов.

ЗАДАНИЕ:

1. ВНИМАТЕЛЬНО ПРОЧТИТЕ, СДЕЛАЙТЕ КОНСПЕКТ В ТЕТРАДИ.

2.ВЫПОЛНИТЕ ТЕСТ (любой из вариантов)

ТЕСТ    « ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В  ПОЛУПРОВОДНИКАХ»

ВАРИАНТ №1

1.Сопротивление увеличивается при нагревании у 1)ртути, германия, железа; 2) азота, ртути, железа;

3)ртути, железа, цинка; 4)цинка, германия ,азота.

2.При добавлении донорной примеси в кремний его проводимость становится 1)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа; 2) электронной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа;

3) электронной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа;

4)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа.

3.Валентность фосфора равна 5.Его можно использовать в качестве

1)донорной примеси; 2) акцепторной примеси; 3) полупроводника.

4. Если р-n-переход надо закрыть, следует область n-типа подключить к

1)отрицательному полюсу источника тока; 2) положительному полюсу источника тока.

5. В качестве выпрямителя можно использовать 1)транзистор; 2)светодиод; 3)диод

 

ВАРИАНТ №2

1.Сопротивление уменьшается при охлаждении у 1) германия, железа; 2)кремния , железа;

3)ртути, цинка; 4)кремния , германия.

2. В полупроводниках n-типа имеется 1) донорная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;

2) донорная примесь, в результате чего проводимость становится электронной ;

3) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;

4) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится электронной.

3.Преимущественно дырочную проводимость полупроводнику обеспечит введение

1) акцепторной примеси с валентностью <4; 2) акцепторной примеси с валентностью >4;

3) донорной примеси с валентностью <4; 4) донорной примеси с валентностью >4; .

4. Если р-n-переход надо открыть, следует область n-типа подключить к

1)положительному полюсу источника тока; 2) отрицательному полюсу источника тока.

5. Односторонней проводимостью обладает 1)транзистор; 2)светодиод; 3)диод

 

 

ВАРИАНТ №3

1.Сопротивление увеличивается при охлаждении у 1)ртути, германия; 2) ртути, железа;

3)германия, кремния; 4)кремния ,железа.

2.При добавлении акцепторной примеси в германий его проводимость становится 1)дырочной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа; 2) дырочной , а полупроводник становится полупроводником р-типа;

3) электронной ,а полупроводник становится полупроводником р-типа;

4) электронной ,а полупроводник становится полупроводником n-типа.

3.Валентность индия равна 3.Его можно использовать в качестве 1)акцепторной примеси; 2)донорной примеси.;

3) полупроводника.

4. Если р-n-переход надо открыть, следует область р-типа подключить к

1)отрицательному полюсу источника тока; 2) положительному полюсу источника тока.

5. В качестве усилителя можно использовать 1)диод; 2)светодиод; 3)транзистор.

 

ВАРИАНТ №4

1.Сопротивление уменьшается при нагревании у 1) германия, железа; 2) цинка, железа;

3)кремния , германия; 4)ртути, цинка;

2. В полупроводниках р-типа имеется 1) донорная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;

2) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится дырочной ;

3) донорная примесь, в результате чего проводимость становится электронной ;

4) акцепторная примесь, в результате чего проводимость становится электронной.

3.Преимущественно электронную проводимость полупроводнику обеспечит введение

1) донорной примеси с валентностью >4; 2) акцепторной примеси с валентностью >4;

3) донорной примеси с валентностью <4; 4) акцепторной примеси с валентностью <4.

4. Если р-n-переход надо закрыть, следует область р-типа подключить к

1)положительному полюсу источника тока; 2) отрицательному полюсу источника тока.

5. Устройством с двумя р-n-переходами является 1)светодиод; 2) диод; 3) транзистор