Каковы основные свойства полупроводников?

По электрическому сопротивлению полупроводники занимают промежуточное место между проводниками и изоляторами. Полупроводниковые диоды и триоды имеют ряд преимуществ: малый вес и размеры, значительно больший срок службы, большую механическую прочность.

Схема видов полупроводников.

Схема видов полупроводников.

Рассмотрим основные свойства и характеристики полупровод­ников. В отношении их электрической проводимости полупровод­ники разделяются на 2 типа: с электронной и дырочной проводимостью.

Полупроводники с электронной проводимостью имеют так на­зываемые свободные электроны, которые слабо связаны с ядрами атомов. Если к этому полупроводнику приложить разность потенциалов, то свободные электроны будут двигаться поступательно - в определенном направлении, создавая таким образом электри­ческий ток. Поскольку в этих типах полупроводников электрический ток представляет собой перемещение отрицательно заря­женных частиц, они получили название проводников типа п (от слова negative — отрицательный).

Полупроводники и проводники.

Полупроводники и проводники.

Полупроводники с дырочной проводимостью называются полу­проводниками типа р (от слова positive — положительный). Прохождение электрического тока в этих типах полупроводников можно рассматривать как перемещение положительных зарядов. В полупроводниках с р-проводимостью нет свободных электронов- если атом полупроводника под влиянием каких-либо причин по­теряет 1 электрон, то он будет заряжен положительно.

Отсутствие одного электрона в атоме, вызывающее положи­тельный заряд атома полупроводника, назвали дыркой (это зна­чит, что образовалось свободное место в атоме). Теория и опыт показывают, что дырки ведут себя как элементарные положитель­ные заряды.

Дырочная проводимость состоит в том, что под влиянием при­ложенной разности потенциалов перемещаются дырки, что равно­сильно перемещению положительных зарядов.

В действительности, при дырочной проводимости происходит следующее. Предположим, что имеются 2 атома, один из которых снабжен дыркой (отсут­ствует 1 электрон на внешней орбите), а другой, находящий­ся справа, имеет все электроны на своих местах (назовем его ней­тральным атомом). Если к полупроводнику приложена разность потенциалов, то под влиянием электрического поля электрон из нейтрального атома, у которого все электроны на своих местах, переместится влево на атом, снабженный дыркой.

Схема строения атома

Схема строения атома.

Благодаря этому атом, имевший дырку, становится нейтральным, а дырка пере­местилась вправо на атом, с которого ушел электрон. В полупровод­никовых приборах процесс «заполнения» дырки свободным электро­ном называется рекомбинацией. В результате рекомбинации исчезает и свободный электрон, и дырка, а создается нейтральный атом. И так перемещение дырок происходит в направлении, противоположном движению электронов.

В абсолютно чистом (собственном) полупроводнике под действием тепла или света электроны и дырки рождаются парами, поэтому число электронов и дырок в собственном полупроводнике одинаково.

Для создания полупроводников с резко выраженными концентрациями электронов или дырок чистые полупроводники снабжают примесями, образуя примесные полупроводники. Примеси бывают донорные, дающие электроны, и акцепторные, образующие дырки (т. е. отрывающие электроны от атомов). Следовательно, в полупроводнике с донорной примесью проводимость будет преимущественно электронной, или n - проводимостью. В этих полупроводниках основными носителями зарядов являются электроны, а неосновными - дырки. В полупроводнике с акцепторной примесью, наоборот, основными носителями зарядов являются дырки, а неосновными - электроны- это - полупроводники с р-проводимостью.

Основными материалами для изготовления полупроводниковых диодов и триодов служат германий и кремний- по отношению к ним донорами являются сурьма, фосфор, мышьяк- акцепторами - индий, галлий, алюминий, бор.

Расположение электрических зарядов в полупроводнике.

Рисунок 1. Расположение электрических зарядов в полупроводнике.

Примеси, которые обычно добавляются в кристаллический полупроводник, резко изменяют физическую картину прохождения электрического тока.

При образовании полупроводника с n-проводимостью в полу­проводник добавляется донорная примесь: например, в полупро­водник германий добавляется примесь сурьмы. Атомы сурьмы, являющиеся донорными, сообщают германию много свободных электронов, заряжаясь при этом положительно.

Таким образом, в полупроводнике n-проводимости, образован­ного примесью, имеются следующие виды электрических заря­дов:

  • подвижные отрицательные заряды (электроны), являющиеся основными носителями (как от донорной примеси, так и от соб­ственной проводимости);
  • подвижные положительные заряды (дырки) - неосновные носители, возникшие от собственной проводимости;
  • неподвижные положительные заряды - ионы донорной при­меси.

При образовании полупроводника с р-проводимостью в полупроводник добавляется акцепторная примесь: например, в полупроводник германий добавляется примесь индия. Атомы индия являющиеся акцепторными, отрывают от атомов германия элек­троны, образуя дырки. Сами атомы индия при этом заряжаются отрицательно.

Следовательно, в полупроводнике р-проводимости имеются сле­дующие виды электрических зарядов:

  • подвижные положительные заряды (дырки) - основные но­сители, возникшие от акцепторной примеси и от собственной про­водимости;
  • подвижные отрицательные заряды (электроны) - неоснов­ные носители, возникшие от собственной проводимости;
  • неподвижные отрицательные заряды - ионы акцепторной примеси.

На рис. 1 показаны пластинки р-германия (а) и n-германия (б) с расположением электрических зарядов.

As the electrical resistance semiconductors occupy an intermediate position between conductors and insulators. The semiconductor diodes and transistors have several advantages: low weight and dimensions, significantly longer service life, greater mechanical strength.

Scheme types of semiconductors.

Scheme types of semiconductors.

Consider the basic characteristics and properties of semiconductors. With respect to their electrical conductivity of semiconductors are divided into two types: the electron and hole conductivity.

Semiconductors with electronic conductivity are so-called free electrons are loosely bound to the nuclei of atoms. If this potential difference is applied to the semiconductor, the free electrons will move forward - in a certain direction, thus creating an electric current. Because these types of semiconductors, electric current is the movement of negatively charged particles, they are called n-type conductor (the word negative - negative).

Semiconductors and conductors.

Semiconductors and conductors.

Semiconductors p-type semiconductors are called p-type (from the word positive - positive). Passage of electric current in these types of semiconductors can be considered as positive charges move. In semiconductors with p-conductivity is not available if the semiconductor elektronov- atom under the influence of any reason to lose one electron, it will be positively charged.

The absence of a single electron in an atom, causing the positive charge of the semiconductor atoms, called a hole (this means that the space formed in the atom). Theory and experience show that holes behave as elementary positive charges.

The hole conductivity is that, under the influence of the applied potential difference moved holes that positive charges is equivalent to the displacement.

In fact, the following occurs in hole conduction. Suppose that there are two atoms, one of which is provided with a hole (not one electron in an outer orbit) and the other located on the right, all the electrons is in place (called a neutral atom). If the semiconductor potential difference is applied, under the influence of an electric field of an electron from a neutral atom, in which all the electrons are in place, moves to the left in the atom, provided with a hole.

The circuit structure of the atom

The circuit structure of the atom.

Due to this atom, which had a hole, it becomes neutral, and the hole is moved to the right by atom to which the electron gone. In semiconductor devices process of "filling in" the hole is called a free electron recombination. As a result of the recombination vanishes and a free electron and a hole and create a neutral atom. And so there is movement of holes in a direction opposite to the movement of electrons.

In an absolutely clean (own) semiconductor under the influence of heat or light, electrons and holes are born in pairs, so the number of electrons and holes in an intrinsic semiconductor alike.

To create semiconductors with distinct concentrations of electrons or holes is provided with a clean semiconductor impurities forming impurity semiconductors. Impurities are donor, giving electrons and acceptor, forming a hole (ie. E. Rip electrons from atoms). Therefore, in a semiconductor with a donor impurity is predominantly electronic conductivity, or n - conductivity. In these semiconductors the majority carriers are electrons and the minority - holes. In a semiconductor with an acceptor impurity, on the contrary, the majority carriers are holes and the minority - it elektrony- - semiconductors with p-conductivity.

The main materials for the manufacture of semiconductor diodes and transistors are germanium and silicon with respect to them by donors are antimony, phosphorus, arsenic acceptors - indium, gallium, aluminum, boron.

Location of electric charges in the semiconductor.

Figure 1. Location of electric charges in the semiconductor.

Impurities that are commonly added to the crystalline semiconductor pattern greatly modify the physical transmission of electrical current.

In the formation of semiconductor with n-conductivity is added into the semiconductor donor impurity, for example, a semiconductor germanium antimony added impurity. The atoms of antimony, is a donor, according to Germany, many free electrons, being charged with the positive.

Thus, in a semiconductor n-conductivity impurity formed, there are the following kinds of electric charge:

  • moving negative charges (electrons), which are the main carriers (both the donor impurity, and from intrinsic conduction);
  • moving positive charges (holes) - minority carriers, arising from intrinsic conductivity;
  • fixed positive charges - donor impurity ions.

In the formation of a semiconductor with a p-conductivity semiconductor acceptor impurity is added, for example, in the germanium semiconductor indium impurity is added. Indium atoms are acceptor, torn from the germanium atoms, electrons, forming a hole. Sami indium atoms with negatively charged.

Therefore, in the semiconductor p-conductivity has the following kinds of electric charge:

  • moving positive charges (holes) - the main carriers, arising from the acceptor impurity and from the intrinsic conductivity;
  • moving negative charges (electrons) - minority carriers, arising from intrinsic conductivity;
  • fixed negative charges - ions acceptor impurity.

Fig. 1 shows the plate p-germanium (a) and n-germanium (b) with the location of the electric charges.

За електричному опору напівпровідники займають проміжне місце між провідниками і ізоляторами. Напівпровідникові діоди і тріоди мають ряд переваг: мала вага і розміри, значно більший термін служби, велику механічну міцність.

Схема видів напівпровідників.

Схема видів напівпровідників.

Розглянемо основні властивості і характеристики напівпровідників. Щодо них електричної провідності напівпровідники поділяються на 2 типи: з електронної і доречнийпровідністю.

Напівпровідники з електронною провідністю мають так звані вільні електрони, які слабо пов'язані з ядрами атомів. Якщо до цього напівпровідника прикласти різницю потенціалів, то вільні електрони будуть рухатися поступально - в певному напрямку, створюючи таким чином електричний струм. Оскільки в цих типах напівпровідників електричний струм являє собою переміщення негативно заряджених частинок, вони отримали назву провідників типу п (від слова negative - негативний).

Напівпровідники і провідники.

Напівпровідники і провідники.

Напівпровідники з доречнийпровідністю називаються напівпровідниками типу р (від слова positive - позитивний). Проходження електричного струму в цих типах напівпровідників можна розглядати як переміщення позитивних зарядів. У напівпровідниках з р-провідністю немає вільних електронов- якщо атом напівпровідника під впливом будь-яких причин втратить 1 електрон, то він буде заряджений позитивно.

Відсутність одного електрона в атомі, що викликає позитивний заряд атома напівпровідника, назвали діркою (це означає, що утворилося вільне місце в атомі). Теорія і досвід показують, що дірки поводяться як елементарні позитивні заряди.

Діркова провідність полягає в тому, що під впливом прикладеної різниці потенціалів переміщаються дірки, що рівносильно переміщенню позитивних зарядів.

Насправді, при доречний провідності відбувається наступне. Припустимо, що є 2 атома, один з яких забезпечений діркою (відсутній 1 електрон на зовнішній орбіті), а інший, що знаходиться праворуч, має всі електрони на своїх місцях (назвемо його нейтральним атомом). Якщо до напівпровідника прикладена різниця потенціалів, то під впливом електричного поля електрон з нейтрального атома, у якого всі електрони на своїх місцях, переміститься вліво на атом, забезпечений діркою.

Схема будови атома

Схема будови атома.

Завдяки цьому атом, який мав дірку, стає нейтральним, а дірка перемістилася вправо на атом, з якого пішов електрон. У напівпровідникових приладах процес «заповнення» дірки вільним електроном називається рекомбінацією. В результаті рекомбінації зникає і вільний електрон, і дірка, а створюється нейтральний атом. І так переміщення дірок відбувається в напрямку, протилежному руху електронів.

В абсолютно чистому (власному) напівпровіднику під дією тепла або світла електрони і дірки народжуються парами, тому число електронів і дірок у власному напівпровіднику однаково.

Для створення напівпровідників з різко вираженими концентраціями електронів або дірок чисті напівпровідники постачають домішками, утворюючи домішкові напівпровідники. Домішки бувають донорні, що дають електрони, і акцепторні, що утворюють дірки (т. Е. Відривають електрони від атомів). Отже, в напівпровідниках з донорной домішкою провідність буде переважно електронної, або n - провідність. У цих напівпровідниках основними носіями зарядів є електрони, а неосновними - дірки. У напівпровідниках з акцепторною домішкою, навпаки, основними носіями зарядів є дірки, а неосновними - електрони- це - напівпровідники з р-провідністю.

Основними матеріалами для виготовлення напівпровідникових діодів і тріодів служать германій і кремній- по відношенню до них донорами є сурма, фосфор, мишьяк- акцепторами - індій, галій, алюміній, бор.

Розташування електричних зарядів в напівпровіднику.

Малюнок 1. Розподіл електричних зарядів у напівпровіднику.

Домішки, які зазвичай додаються в кристалічний напівпровідник, різко змінюють фізичну картину проходження електричного струму.

При утворенні напівпровідника з n-провідністю в напівпровідник додається донорная домішка: наприклад, в напівпровідник германій додається домішка сурми. Атоми сурми, є донорними, повідомляють германію багато вільних електронів, заряджаючись при цьому позитивно.

Таким чином, в напівпровіднику n-провідності, утвореного домішкою, є такі види електричних зарядів:

  • рухливі негативні заряди (електрони), які є основними носіями (як від донорної домішки, так і від власної провідності);
  • рухливі позитивні заряди (дірки) - неосновні носії, що виникли від власної провідності;
  • нерухомі позитивні заряди - іони донорної домішки.

При утворенні напівпровідника з р-провідністю в напівпровідник додається акцепторная домішка: наприклад, в напівпровідник германій додається домішка індію. Атоми індію є акцепторними, відривають від атомів германію електрони, утворюючи дірки. Самі атоми індію при цьому заряджаються негативно.

Отже, в напівпровіднику р-провідності є такі види електричних зарядів:

  • рухливі позитивні заряди (дірки) - основні носії, що виникли від акцепторной домішки і від власної провідності;
  • рухливі негативні заряди (електрони) - неосновні носії, що виникли від власної провідності;
  • нерухомі негативні заряди - іони акцепторной домішки.

На рис. 1 показані пластинки р-германію (а) і n-германію (б) з розташуванням електричних зарядів.


» » » Каковы основные свойства полупроводников?