Властивості напіпровідників

 15 квітня 2021р. 

Предмет: Матеріалознавство радіоелектронних засобів.

 Урок 10, 11 : Основні властивості напівпровідникових матеріалів. Власна і домішкова  електропровідність напівпровідників.

      Основною властивістю напівпровідникових матеріалів є різка зміна провідності їх під дією таких зовнішніх факторів, як температура, освітленість, напруженість і т. д..
До напівпровідникових матеріалів відносяться телур, сполуки сірки, селену, телуру з металами (PbS, PbSe, PbTe, CdS), деякі оксиди і карбіди (Cu20 MnO, TiC і ін.), А також металеві з'єднання (AlSb, InSb, Mg3Sb і ін).
      У металах провідність струму здійснюється вільними електронами. У напівпровідникових матеріалах вільних електронів теоретично не повинно бути. Для того щоб залишити атом, електрон повинен подолати силу зв'язку, для цього необхідна додаткова енергія. Наприклад, якщо елемент - напівпровідник нагрівати, то тепловий рух атомів посилюється, парноелектронную зв'язку поступово слабшають і, нарешті, настає момент, коли зв'язок в деяких місцях порушується і звільнені електрони хаотично пересуваються в кристалічній решітці. Тому навіть при кімнатній температурі напівпровідники мають електропровідністю, яка різко збільшується при нагріванні в зв'язку зі зростанням числа вільних електронів в десятки тисяч (при 200 ° С) і в сотні мільйонів (при 800 °) раз. При цьому електропровідність напівпровідників наближається до провідності металів. Електропровідність напівпровідників складається з доречний і електронної. Діркова провідність складається в «переміщенні» позитивного іона (дірки) від одного атома до іншого за рахунок порушення парноелектронную зв'язку, освіти вільних електронів і переходу їх від одного атома до іншого.
       У процесі теплового руху переміщення дірки є хаотичним. Однак, якщо помістити напівпровідник в електричне поле, то рух дірок буде спрямованим. Вільні електрони, переміщаючись, також здійснюють провідність, звану електронної. Електронна і діркова провідність можуть бути рівними за величиною тільки в ідеально чистому елементі. Якщо в матеріалі присутній хоча б незначна кількість домішок, то одна з проводимостей може виявитися переважною. На практиці в залежності від вимог можна створювати ту чи іншу провідність. Наприклад, якщо взяти чистий германій - чотиривалентний елемент з домішкою пятивалентного миш'яку, то при заміщенні чотирьохвалентного атома германію пятивалентного атомом миш'яку тільки чотири електрона останнього будуть брати участь в парно-електронних зв'язках, а п'ятий виявляється дуже слабо зв'язаної і легко стає вільним. Отже, германій з домішкою миш'яку буде володіти електронну провідність, 'або провідністю типу - п. Подібна домішка, що дає надлишок електронів в напівпровідниках, називається донорной. Для створення переважно доречний провідності необхідно в якості домішки вводити елемент з меншою валентністю. В цьому випадку домішка називається акцепторной, а матеріал в цілому - напівпровідником діркового, або р-типу. Для германію такий домішкою може служити, наприклад, індій або будь-який інший елемент III групи періодичної системи. Зміною кількості домішки можна впливати на провідність напівпровідника, але тільки при постійній температурі. Властивість полупроводіков мати ту чи іншу провідність використовується при виготовленні випрямлячів, підсилювачів і генераторів струму.
        Напівпровідникові випрямлячі утворюються шляхом з'єднання разом (в стик) напівпровідників з електронною (л) і доречний (р) провідністю. При цьому на кордоні їх зіткнення утворюється так званий р-n-перехід, по одну сторону якого має місце надлишок електронів, а по іншу - надлишок дірок.
     В результаті дифузії дірок і електронів назустріч один одному межа напівпровідників позбавляється вільних носіїв заряду і електропровідність її погіршується. Добутий шар з високим опором називається запірним. Цей шар проводить електрику тільки в тому випадку, коли струм тече від напівпровідника з доречний до напівпровідника з електронною провідністю. При цьому запірний шар збагачується носіями зарядів і має гарну провідність.

 Завдання: скласти конспект, що містить будову та властивості напівпровідників.