Враховуючи вище сказане, будемо вважати, що носіями струму в напівпровідниках є електрони (електрони провідності) та дірки. При цьому в подальшому ми не будемо наголошувати на тому, що дірка – це частинка віртуальна. Адже в електричному сенсі поведінка цієї віртуальної частинки абсолютно аналогічна поведінці реальної, вільної, позитивно зарядженої частинки.
Дослідження показують, що електричні властивості напівпровідників визначально залежать не лише від зовнішніх енергетичних впливів, а й від наявності домішок. При цьому домішки впливають як на величину питомого опору напівпровідника, так і на характер його електропровідності. Пояснюючи суть цього впливу можна сказати наступне.
В чистому напівпровіднику, наприклад чистому германію, кількість вільних електронів і кількість дірок є однаковою. Однаковою тому, що поява або зникнення вільного електрона неминуче супроводжується появою або зникненням відповідної дірки. Ясно, що в такій ситуації електропровідність напівпровідника в рівній мірі забезпечується як рухом вільних електронів так і рухом вільних дірок. Таку електропровідність називають електронно-дірковою провідністю. Якщо ж в напівпровіднику містяться домішки, то ситуація кардинально змінюється. І характер цих змін залежить від валентності домішкових атомів.
Таким чином, якщо в напівпровіднику містяться домішкові атоми з більшою валентністю, то в ньому є відповідна кількість вільних електронів. А це означає, що в такому напівпровіднику основними носіями струму будуть електрони. Про напівпровідник в якому основними носіями струму є електрони (негативно заряджені частинки), говорять що він має електронну провідність або провідність n-типу (n – від слова “негативний”). При цьому сам напівпровідник називають напівпровідником n–типу, а ту домішку, яка забезпечує появу додаткових вільних електронів, називають донорною, тобто такою що віддає (віддає вільні електрони).
Таким чином, якщо в напівпровіднику містяться домішкові атоми з меншою валентністю, то в ньому є відповідна кількість надлишкових дірок. В такій ситуації, основними носіями струму в напівпровіднику будуть дірки. Про напівпровідник в якому основними носіями струму є дірки (позитивно заряджені частинки), говорять що він має діркову провідність або провідність р-типу (р – від слова “позитивний”). При цьому сам напівпровідник називають напівпровідником р-типу, а ту домішку яка забезпечує появу додаткових дірок, називають акцепторною тобто такою що приєднує (приєднує вільні електрони).
2. Подумай !
14 лютого 1946 року в Америці був
запущений перший у світі програмований
електронний комп'ютер ENIAC, який мав масу 30
тонн і складався з 18 тисяч електронних ламп.
Чим зумовлені такі
величезні розміри
тогочасного комп'ютера?
І чому сучасні
комп'ютери та інші
електронні гаджети
мають такі мініатюрні
розміри?
4. Різні речовини мають різні електричні властивості, але по електричній
провідності їх можна поділити на 3 основні групи:
Електричні
властивості
речовин
Провідники Напівпровідники Діелектрики
Добре проводять
електричний струм
До них відносяться метали,
електроліти, плазма …
Найбільше використовуються
провідники – Au, Ag, Cu, Al,
Fe …
Практично не проводять
електричний струм
До них відносяться
пластмаси, гума, скло,
фарфор, сухе дерево,
папір …
Займають по провідності
проміжне положення між
провідниками і
діелектриками
Si, Ge, Se, In, As
5. Особливості провідності
напівпровідників
Залежність провідності напівпровідників від
зовнішніх чинників:
1.Питомий опір
напівпровідників зазвичай
зменшується з підвищенням
температури.
2.Питомий опір більшості
напівпровідників зменшується
зі збільшенням освітлення.
3.Різко зменшити питомий опір
напівпровідників може
введення домішок.
Графік залежності питомого
опору напівпровідників від
температури
7. Власна провідність
напівпровідників
У чистому напівпровіднику електричний струм
створює однакова кількість вільних електронів і
дірок. Таку провідність називають власною
провідністю напівпровідників.
Провідність напівпровідників збільшується
під час:
Нагрівання;
Опромінення світлом.
8. Власна провідність
напівпровідників
Будова чистого (без домішок) напівпровідника.
Схематичне зображення
ковалентного зв'язку силіцію
У кристалі кожен
атом має валентні
електрони для зв'язку з
іншими електронами.
Серед валентних
електронів є електрони,
кінетична енергія яких є
достатньою, щоб
покинути зв'язки і стати
вільними (позначено
жовтим кольором).
9. Діркова провідність
напівпровідників
Коли електрон “залишає”
валентний зв’язок, утворюється
“порожнє” місце – дірка, якій
приписують позитивний заряд.
Вільні електрони
“перестрибують” в дірки і дірка
(позитивний заряд) переміщується
в кристалі.
Провідність напівпровідників, зумовлену
переміщенням дірок, називають дірковою
провідністю.
Механізм діркової провідності
напівпровідників
10. Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою
упорядкований рух вільних електронів і позитивних віртуальних частинок -
дірок
При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду,
провідність напівпровідників росте, опір зменшується
R (Ом)
t (0C)
R0
метал
напівпровідник
14. Домішкова провідність
напівпровідників
Оскільки за наявності домішок кількість
носіїв струму збільшується (кожний атом
домішки дає вільний електрон або дірку),
провідність напівпровідників із домішками
є набагато кращою, ніж провідність чистих
напівпровідників.
15. І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне
застосування:
р-типу n-типу
Основні носії заряду - дірки Основні носії заряду -
електрони
+ -
Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала
кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це
електрони, а в напівпровіднику n-типу це дірки), кількість яких
росте при збільшенні температури
16. p-n перехід і його
електричні властивості
Запитання 4
17. Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що
називається p-n переходом
+
_
1. Пряме включення
+
+
+ +
-
-
-
-
Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки
рухаються вправо, електрони – вліво)
Опір переходу малий, струм великий.
Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід
добре проводить електричний струм
р n
18. +
_
2. Зворотне включення
+
+
+ +
-
-
-
-
Основні носії заряду не проходять через p-n перехід
Опір переходу великий, струм практично відсутній
Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n
перехід практично не проводить електричного струму
р n
Запірний шар
19. І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній
провідності
Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ)
I (A)
U (В)
