На головну

I. Електричний струм в напівпровідниках. Власна і домішкова провідність, р-п перехід. Напівпровідникові прилади та їх застосування.

  1. I. Змінний електричний струм. Активний опір. Діючі значення сили струму і напруги.
  2. I. Електричний струм в рідинах. Електроліз. Закон електролізу. Застосування електролізу.
  3. II. Прилади й приналежності
  4. II. Прилади й приналежності
  5. V2: {{6}} 2.6 Ударно-тягові прилади вагонів
  6. Агрегатна форма індексів. Середні арифметичні та гармонійні індекси, їх застосування.

відповідь:

У ряду елементів (кремній, германій, селен та ін.) І з'єднань (PbS, CdS і ін.) Питомий опір зі збільшенням температури не росте, як у металів а, навпаки, надзвичайно різко зменшується. Такі речовини і називають напівпровідниками.

При низьких температурах напівпровідник веде себе як діелектрик. У міру підвищення температури питомий опір швидко зменшується.

будова напівпровідників. Для прикладу розглянемо кристал кремнію.

Кремній - чотиривалентний елемент. Це означає, що в зовнішній оболонці атома є чотири електрона, порівняно слабко пов'язані з ядром. Число найближчих сусідів кожного атома кремнію також дорівнює чотирьом.

Взаємодія пари сусідніх атомів здійснюється за допомогою парноелектронную зв'язку, званої ковалентного зв'язком. В освіті зв'язку з цим від кожного атома бере участь по одному валентному електрону, які відщеплюються від атомів (коллектівізіруются кристалом) і при своєму русі більшу частину часу проводять в просторі між сусідніми атомами. Їх негативний заряд утримує позитивні іони кремнію один біля одного.

Колективізувати пара електронів належить лише двом атомам. Кожен атом утворює чотири зв'язку з сусідніми, і будь-який валентний електрон може рухатися по одній з них. Дійшовши до сусіднього атома, він може перейти до наступного, а потім далі вздовж усього кристала. Валентні електрони належать всьому кристалу.

Парноелектронную зв'язку кремнію достатньо міцні і при низьких температурах не розриваються. Тому кремній при низькій температурі не проводить електричний струм. Беруть участь в зв'язку атомів валентні електрони міцно прив'язані до кристалічній решітці, і зовнішнє електричне поле не робить помітного впливу на їх рух. Аналогічну будову має кристал германію.

Електронна провідність. При нагріванні кремнію кінетична енергія частинок підвищується, і настає розрив окремих зв'язків. Деякі електрони залишають свої «протоптані шляхи» і стають вільними, подібно електронам в металі. В електричному полі вони переміщаються між вузлами решітки, утворюючи електричний струм.

: Провідність напівпровідників, зумовлену наявністю у них вільних електронів, називають електронною провідністю. При підвищенні температури число розірваних зв'язків, а значить, і вільних електронів збільшується. Це призводить до зменшення опору.

Діркова провідність. При розриві зв'язку утворюється вакантне місце з відсутньою електроном. Його називають діркою. У дірці є надлишковий позитивний заряд в порівнянні з іншими, нормальними зв'язками.

Положення дірки в кристалі не є незмінним. Безперервно відбувається наступний процес. Один з електронів, що забезпечують зв'язок атомів, перескакує на місце утворилася дірки і відновлює тут парноелектронную зв'язок, а там, звідки перескочив цей електрон, утворюється нова дірка. Таким чином, дірка може переміщатися по всьому кристалу.

Якщо напруженість електричного поля в зразку дорівнює нулю, то переміщення дірок, рівноцінне переміщенню позитивних зарядів, відбувається безладно і тому не створює електричного струму. При наявності електричного поля виникає упорядковане переміщення дірок, і, таким чином, до електричного струму вільних електронів додається електричний струм, пов'язаний з переміщенням дірок. Напрямок руху дірок протилежно напрямку руху електронів.

Під час відсутності зовнішнього поля є один вільний електрон (-) і одна дірка (+). При накладенні поля вільний електрон зміщується проти напруженості поля. В цьому напрямку переміщається також один з пов'язаних електронів.

Провідність напівпровідників, обумовлена ??електронної або доречнийпровідністю, називають власноюпровідність напівпровідників.

Провідність чистих напівпровідників (власна провідність) здійснюється переміщенням вільних електронів (електронна провідність) і переміщенням пов'язаних електронів на вакантні місця парноелектронних зв'язків (діркова провідність).

Істотна особливість напівпровідників полягає в тому, що в них при наявності домішок поряд з власноюпровідність виникає додаткова - домішкових провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна значно змінювати число носіїв заряду того чи іншого знака. Завдяки цьому можна створювати напівпровідники з переважною концентрацією або негативно, або позитивно заряджених носіїв. Ця особливість напівпровідників відкриває широкі можливості для їх практичного застосування.

Донорні домішки. При наявності домішок, наприклад атомів миш'яку, навіть при дуже малій їх концентрації, число вільних електронів зростає в багато разів. Відбувається це з наступних причин. Атоми миш'яку мають п'ять валентних електронів. Чотири з них беруть участь у створенні ковалентного зв'язку даного атома з оточуючими, наприклад з атомами кремнію. П'ятий валентний електрон виявляється слабо пов'язаний з атомом. Він легко залишає атом миш'яку і стає вільним.

При додаванні однієї десятимільйонна частки атомів миш'яку концентрація вільних електронів стає рівною 1016 см 3. Це в тисячу разів більше концентрації вільних електронів в чистому напівпровіднику.

Домішки, легко віддають електрони і, отже, збільшують число вільних електронів, називаютьдонорними (Віддають) домішками.

Оскільки напівпровідники, які мають донорні домішки, мають велике число електронів (в порівнянні з числом дірок), їх називають напівпровідниками n-типу (від слова negativ - негативний).

У напівпровіднику / г-типу електрони є основними носіями заряду, а дірки - неосновними.

Акцепторні домішки. Якщо в якості домішки використовувати індій, атоми якого Тривалентне, то характер провідності напівпровідника змінюється. Тепер для утворення нормальних парноелектронних зв'язків з сусідами атому індію бракує електрона. В результаті утворюється дірка. Число дірок в кристалі дорівнює кількості атомів домішки. Такого роду домішки називають акцепторними (Приймають).

При наявності електричного поля дірки переміщаються по полю і виникає діркова провідність. Напівпровідники з переважанням діркової провідності над електронною називають напівпровідниками р-типу (від слова positiv - позитивний). Основними носіями заряду в напівпровіднику р-типу є дірки, а неосновними - електрони.

Донорні домішки віддають зайві валентні електрони: утворюється напівпровідник n-типу. Акцепторні домішки створюють дірки: утворюється напівпровідник р-типу.

Найбільш цікаві явища відбуваються при контакті напівпровідників п- і р-типів. Ці явища використовуються в більшості напівпровідникових приладів.

Напівпровідник, права частина якого містить донорні домішки і тому є напівпровідником n-типу, а ліва - акцепторні домішки і являє собою напівпровідник р-типу; між ними - зона переходу, називається p-n- переходом.

При утворенні контакту електрони частково переходять з напівпровідника n-типу в напівпровідник р-типу, а дірки - в зворотному напрямку. В результаті напівпровідник n-типу заряджається позитивно, а р-тшпа - негативно. Дифузія припиняється після того, як електричне поле, що виникає в зоні переходу, починає перешкоджати подальшому переміщенню електронів і дірок.

Включимо напівпровідник з р-n-переходом в електричний ланцюг. Підключимо спочатку батарею так, щоб потенціал напівпровідника р-типу був позитивним, а л-типу - негативним. При цьому струм через р-n-перехід здійснюється основними носіями: з області п в область р - електронами, а з області р в область п - дірками /

Внаслідок цього провідність всього зразка велика, а опір мало.

Розглянутий тут перехід називаютьпрямим.

Перемкнемо полюси батареї. Тоді при тій леї різниці потенціалів сила струму в ланцюзі виявиться значно менше, ніж при прямому переході. Це пов'язано з наступним. Електрони через контакт йдуть тепер з області р в область п, а дірки - з області п в область р. Але ж в напівпровіднику р-типу мало вільних електронів, а в напівпровіднику n-типу мало дірок. Тепер перехід через контакт здійснюється неосновними носіями, число яких мало. Внаслідок цього провідність зразка виявляється незначною, а опір - великим. Утворюється так званий запірний шар. Цей перехід називають зворотним.

Напівпровідники широко застосовуються в радіотехніці: без діодів, транзисторів не обходиться жодне радіотехнічне виріб


2 Завдання на залежність опору від температури:

Потрібно виготовити нагрівальний прилад опором 48 Ом при температурі 8000С. якої довжини дріт треба взяти для цього, якщо діаметр дроту 0,5 мм, температурний коефіцієнт опору 0,00021 К-1, питомий опір 0,4 мкОм • м?

       
   


Дано: Сі Рішення

R = 48 Ом

t = 8000З Площа поперечного перерізу дроту:

d = 0,5 мм 0,5 • 10-3 м S =

? = 0,00021 До-1

? = 0,4 мкОм • м 0,4 • 10-6Ом • м

l =?

 Відповідь: 23,48 м.



Електронна провідність металів. Залежність опору провідника від температури. Надпровідність. | Електричний струм у вакуумі. Термоелектронна емісія. Електронні пучки та їх властивості. Вакуумні прилади та їх застосування.

Електричним струмом називають впорядкована (спрямований) рух заряджених частинок. | Сила струму дорівнює відношенню заряду q, що переноситься через поперечний переріз провідника за інтервал часу t, до цього інтервалу часу. | Електричні кола. Послідовне і паралельне з'єднання провідників. Вимірювання сили струму і напруги. | Білет№15. | Робота струму на ділянці ланцюга дорівнює добутку сили струму, напруги та часу, протягом якого відбувалася робота. | Потужність струму дорівнює відношенню роботи струму за час ?t до цього інтервалу часу. | Будь-які сили, що діють на електрично заряджені частинки, за винятком сил електростатичного походження (т. Е. Кулоновских), називають сторонніми силами. | Магнітне поле. Вектор магнітної індукції. Лінії магнітної індукції. Сила Ампера. | Сила Ампера дорівнює добутку вектора магнітної індукції на силу струму, довжину ділянки провідника і на синус кута між магнітною індукцією і ділянкою провідника. | Дія магнітного поля на рухомий заряд. Сила Лоренца. |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати