Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход (билет 9.2)

1. Билет 9, вопрос 2 Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. P-n переход. Полупроводниковые приборы

2. Полупроводники – это вещества, которые занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.   К полупроводникам

Полупроводники – это вещества,
которые занимают промежуточное
место между проводниками и
диэлектриками. К полупроводникам
относятся: германий, кремний, селен,
теллур, огромное количество сплавов
и химических соединений. Самым
распространенным в природе
полупроводником является кремний,
составляющий около 30 % земной коры.

3. Рассмотрим строение полупроводников и основные типы проводимости в них. В качестве примера рассмотрим кристалл германия.

Германий находится в IV группе,
поэтому является четырехвалентным
элементом. Следовательно, на его внешней
оболочке имеются четыре электрона, которые
слабо связаны с ядром атома. С каждым по
соседству находится еще четыре атома.
Атомы между собой взаимодействуют и
образуют ковалентные парно-электронные
связи. От каждого атома в такой связи
участвует один электрон. Схема устройства
германия изображена на следующем рисунке.

4.

5. Ковалентные связи являются достаточно прочными и при низких температурах не разрываются, поэтому германий при низких

температурах является
диэлектриком. Такие полупроводники
обладают собственной проводимостью.
Разрушить эти связи можно тремя
способами.
1. Нагревание
2. Облучение (явление фотоэффекта)
3. Добавление примесей

6. 1. При нагревании будет сообщаться дополнительная энергия. Кинетическая энергия частиц увеличивается и некоторые ковалентные

связи разрываются.
Тем самым образуются
свободные электроны.
2. При облучении могут
выбиваться электроны с внешних
электронных уровней

7. 3. Добавление примесей. Различают донорные и акцепторные примеси. Соответственно существует два вида проводимости: электронная

и дырочная.
Рассмотрим полупроводники с
донорными примесями (от лат. donoдарю). Обычно это элементы V
группы: мышьяк (As), фосфор (P),
сурьма (Sb)

8.

9. При замещении германия мышьяком его четыре электрона образуют валентные связи с четырьмя соседними атомами германия.

Пятый электрон внешней оболочки
мышьяка не может образовать связи
с ближайшими атомами и поэтому он
легко освобождается. В
полупроводниках появляется
электронная проводимость

10. В электрическом поле эти электроны перемещаются между узлами кристаллической решетки. При этом в кремнии будет создаваться

электрический ток. Такие
полупроводники называются
полупроводниками n-типа (от лат.
negativus-отрицательный)
Акцепторные примеси - это элементы III
группы: индий (In), бор (B), алюминий (Al)
и галлий (Ga)

11. Заменим один из атомов германия трёхвалентным индием. Индий будет забирать один электрон у германия. На месте ушедшего

электрона образуется
«дырка» - область с избыточным
положительным зарядом.
Полупроводники с акцепторными (от
лат.принимать) примесями обладают
«дырочной» проводимостью и
называются полупроводниками р-типа (от
лат. рositivus - положительный)

12.

13. Электронно-дырочный переход (p-n переход)

14. В большинстве случаев используется контакт полупроводников с разными типами проводимости. Одна область полупроводникового

кристалла имеет
электронную проводимость, а другая –
дырочную. На границе между ними
возникает слой, называемый электроннодырочным переходом. Поскольку такой
слой образуется в месте контакта p- и nобластей, то его иначе называют p-n
переходом

15. Электроны из n- области переходят в р-область, где их мало, а «дырки» из р-области в n- область. Двойной слой этих зарядов

Электроны из n- области переходят в робласть, где их мало, а «дырки» из робласти в n- область. Двойной слой этих
зарядов (запирающий слой) создаёт
электрическое поле, которое
препятствует дальнейшей диффузии
основных носителей тока.
Путём включения полупроводника в
электрическую сеть, поле запирающего
слоя можно либо ослабить, либо
усилить. Различают прямое и обратное
включение

16.

запирающее

17. 1.Прямое включение. В этом случае р - область подключают к «+», n - область к «-». Тогда ток будет осуществляться основными

носителями.
2. Обратное включение.
В этом случае р - область
подключают к «-», n - область к «+».
Таким образом, при обратном
включении полупроводникового
прибора в цепь,

18. переход через контакт двух областей осуществляется с помощью неосновных носителей заряда, количество которых совсем невелико.

Поэтому электрическое
сопротивление оказывается достаточно
большим, а проводимость –
незначительной. Это означает, что
возникает запирающий слой.

19.

20. ВЫВОД: электронно-дырочный переход обладает односторонней проводимостью. Это свойство используется в выпрямителях переменного

тока.
Вольт - амперная характеристика
представлена на рисунке

21. Вольт – амперная характеристика

22. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫ

• Терморези́стор
• (термистор,
термосопротивление)
— полупроводниковый
прибор,электрическое
сопротивление которо
го изменяется в
зависимости от
еготемпературы.
Применяются для
дистанционного
измерения
температуры, в
устройствах пожарной
сигнализации

23. фоторезистор

24. Фоторезисторы используют для измерения слабых световых потоков, для обнаружения инфракрасных лучей, в устройствах для подсчёта

изделий (на конвейере детали
периодически пересекают световой
луч, на фоторезистор), в турникетах
метрополитена

25. Полупроводниковый диод

• Это
полупроводниковый
прибор с одним p-n
переходом.
Используется для
выпрямления
переменного тока

26. Транзистор (полупроводниковый триод)

• Это
полупроводниковый
прибор с двумя p-n
переходами и тремя
выводами ( Э эмиттер, К коллектор, Б- база)
для включения в
электрическую цепь,

27. способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи,. что позволяет его использовать для

усиления,
генерирования, коммутации и
преобразования электрических сигналов.
В настоящее время транзистор является
основой схемотехники подавляющего
большинства электронных устройств
и интегральных микросхем.