Інформація про новину
  • Переглядів: 393
  • Дата: 18-02-2022, 23:46
18-02-2022, 23:46

10.1. Провідники, ізолятори та напівпровідники

Категорія: Електротехніка та електроніка





Попередня сторінка:  9.2.7. Універсальні електронні мультиме...
Наступна сторінка:   10.2. Напівпровідникові діоди

НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ

 

У сучасній техніці для виготовлення напівпровідникових приладів використовують елементи четвертої групи періодичної системи хімічних елементів германій та кремній, атоми яких мають по чотири електрони на зовнішніх валентних оболонках. Кристалічні решітки цих елементів побудовані таким чином, що кожний атом пов'язаний із сусідніми двома ковалентними зв'язками. І це можна представити як рух двох електронів по одній орбіті, що охоплює ядра двох сусідніх атомів (рис. 10.1).

Як регулюючі домішки, що надають кристалам германію та кремнію потрібні властивості, застосовують або п'ятивалентні елементи (сурма, миш'як, фосфор), або тривалентні (бор, індій, галій, алюміній).

Кількість атомів домішки зазвичай на декілька порядків менша від кількості атомів основного елемента, так що на тисячі атомів германію або кремнію припадає тільки один атом домішки.

Енергетична діаграма кристалічного германію з достатньо високою концентрацією домішки миш'яку зображена на рис. 10.2.

Оскільки домішкова зона та зона провідності розташовуються поряд, а іноді й перекриваються, вже при невеликих температурах значна частина електронів домішкової зони переходить у зону провідності. При кожному такому переході утворюється пара носіїв заряду: електрон у зоні провідності та дірка у домішковій зоні. Припустимо, що до кристала прикладена зовнішня напруга, яка зазвичай становить декілька десятків вольт. Під дією цієї напруги

позитивно заряджені дірки, переходячи з одного електричного підрівня до-мішкової зони на близько розташований інший підрівень, практично миттєво «притискаються» до дна домішкової зони. Подальший рух дірок, пов'язаний зі збільшенням значень їхньої енергії, буде неможливий, оскільки вони не зможуть подолати широку заборонену зону. Що стосується електронів, то вони безперешкодно рухаються назустріч прикладеній напрузі, переходячи у зону провідності з одного енергетичного підрівня на інший.

Рис. 10.2. Енергетична діаграма напівпровідникового кристала з електропровідністю: 1 - зона провідності;

2 - домішкова зона; 3 - заборонена зона; 4 - валентна зона

Таким чином, у розглянутому випадку проходження струму через кристал забезпечується електронами. Електропровідність кристала називається електронною, а домішка, що поставляє електрони у зону провідності, - донорною. П'ятивалентна донорна домішка у чотиривалентному кристалі створює електропровідність.

Що стосується дірок, то вони впорядковано рухаються у напрямку прикладеної напруги, набуваючи додаткової енергії, яка відповідає цій напрузі, та безперешкодно переходячи з одного на інший енергетичний підрівень широкої валентної зони.

Таким чином, проходження струму через кристал забезпечується дірками. Електропровідність такого кристала називається Зірковою, а домішка, яка відбирає електрони з валентної зони, - акцепторною. Тривалентна акцепторна домішка у чотиривалентному кристалі створює діркову електропровідність.

Кристали з електронною електропровідністю, у яких електричний струм створюється впорядкованим рухом негативних зарядів, називаються кристалами типу п (від negative - негативний).

Кристали з дірковою провідністю, у яких електричний струм створюється впорядкованим рухом позитивних зарядів, називаються кристалами типу р (від positive - позитивний).

Поряд з основними носіями зарядів деяку роль у створенні електропровідності відіграють неосновні носії, кількість яких суттєво зростає при забрудненні кристала сторонніми домішками. У кристалах л-типу основними носіями є електрони, неосновними - дірки. У кристалах p-типу основні - дірки, неосновні - електрони.

Вперше р-п перехід напівпровідників у 1941 р. отримав видатний український фізик, академік Вадим Євгенович Лашкарьов.

 

Це матеріал з підручника "Електротехніка та основи електроніки" Гуржій 2020

 




Попередня сторінка:  9.2.7. Універсальні електронні мультиме...
Наступна сторінка:   10.2. Напівпровідникові діоди



^