Слайд 2
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.
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
Слайд 3
Полупроводники бывают собственными и примесными.
Собственный полупроводник – это
полупроводник, в котором нет примесей – доноров и акцепторов.
Примесный
полупроводник – это полупроводник, электрофизические свойства которого определяются, в основном, примесями других химических элементов.
Процесс введения примесей в полупроводник называется легированием полупроводника. Примесные, в свою очередь, делятся на донорные и акцепторные.
Слайд 4
Если в полупроводник, состоящий из элементов 4 группы,
ввести в качестве примеси элемент 5 группы, то получим
донорный полупроводник или полупроводник n-типа.
Так как элементы пятой группы обладают валентностью 5, то четыре электрона образуют химическую связь с четырьмя соседними атомами кремния в решётке, а пятый электрон оказывается слабо связанным и образует так называемый водородоподобный примесный центр.
Атомы донора удерживают
лишние электроны слабо,
и при достаточной температуре
эти электроны могут
перейти в зону проводимости,
где их состояния делокализованы
и они могут вносить вклад в
электрический ток, участвовать
в электропроводности кристалла.
Слайд 5
На языке зонной теории появление "легко отрывающихся" электронов
соответствует появлению в запрещенной зоне донорных уровней вблизи нижнего
края зоны проводимости. Электрону для перехода в зону проводимости с такого уровня требуется меньше энергии, чем для перехода из валентной зоны, чему соответствует уход электрона из обычной ковалентной связи.
Слайд 6
Если в полупроводник, состоящий из элементов 4 группы,
ввести в качестве примеси элемент 3 группы, то получится
акцепторный полупроводник, обладающий дырочной проводимостью - р-тип. Поскольку элементы третьей группы имеют валентность 3, то три электрона его внешней электронной оболочки образуют химическую связь с тремя соседними атомами, например, кремния в кубической решётке, а электрона для образования четвёртой связи недостает.
Однако при ненулевой температуре
с определённой вероятностью
четвёртая связь образуется за
счет захвата недостающего 4-го
электрона у атома кремния.
При этом лишенный 4-го электрона
атом кремния приобретает
положительный заряд (вакансия).
Слайд 7
Энергия захваченного акцептором электрона на несколько мэВ выше
энергии потолка валентной зоны. Из-за теплового движения электронов вакансия
может быть заполнена электроном, отнятым у соседнего атома кремния, при этом тот приобретёт положительный заряд - вакансия переместится на этот атом кремния. Поэтому, можно считать, что носителями заряда являются перемещаемые положительно заряженные вакансии. При приложении электрического поля вакансии начнут упорядоченно двигаться к катоду.
Естественно, истинными носителями
заряда по-прежнему являются
электроны, но для описания
процессов и развития теории
полупроводников удобно принять,
что в валентной зоне кристалла
образуется так называемая дырка
с положительным зарядом, которая
может свободно двигаться по кристаллу,
и, таким образом, участвовать
в электропроводности кристалла.
В таком случае в кристалле образуется
избыток дырок.
Слайд 8
На языке зонной теории переход электрона из полноценной
ковалентной связи в связь с недостающим электроном соответствует появлению
в запрещенной зоне акцепторных уровней вблизи нижнего края зоны проводимости. Электрону для такого перехода из валентной зоны на акцепторный уровень (при этом электрон просто переходит из одной ковалентной связи в почти такую же другую связь) требуется меньше энергии, чем для перехода из валентной зоны в зону проводимости, то есть для "полного ухода" электрона из ковалентной связи.
Слайд 9
В большинстве полупроводниковых приборов используются явления, происходящие на
границе p-n-перехода. Способность p-n-перехода хорошо пропускать ток только в
одном направлении применяется в полупроводниковых приборах, служащих для преобразования переменного тока в постоянный (выпрямления тока). Сочетание нескольких p-n-переходов позволяет создавать транзисторы - полупроводниковые приборы, используемые для усиления и преобразования электрических сигналов.
В современной электронике на основе
полупроводников производят активные
элементы. То есть те, которые способны
менять свои электрические
характеристики в зависимости от
подаваемого на них напряжения.
Фундаментальными активными
элементами являются транзисторы и диоды.
Другие полупроводниковые приборы,
такие как варикапы, тиристоры и симисторы
- это модификации и тех же транзисторов
и диодов. Приборы с одним элементом
называются дискретными. Соединив
множество полупроводниковых элементов
на одном кристалле, получают
интегральную схему.
