Электропроводность полупроводников.

Полупроводники – это вещества, проводящие ток при определенных условиях. Они имеют кристаллическое строение, то есть атомы находятся строго на своем месте и валентный электрон принадлежит сразу двум атомам. Межорбитальное расстояние у них среднее между проводниками и диэлектриками, значит, валентные электроны хорошо удерживаются своими ядрами, но при изменении условий (нагрев, освещение, легирование) они начинают отрываться и становиться свободными, то есть могут создавать ток.

Проводимость у полупроводников бывает:

1. Собственная.

В идеально чистом полупроводнике под действием какой-то силы электрон отрывается и покидает свое место. В результате образуются два заряда: электрон и дырка (то место, где был электрон).

Если приложить электрическое поле, то электрон начинает двигаться к положительному полюсу источника.

В следующий момент от соседнего атома оторвется электрон и начнет двигаться к «+», но на его пути будет положительная дырка. Она присоединит к себе электрон с образованием нейтрального атома, а дырка образуется в другом месте. Таким образом, в результате действия электрического поля, электроны будут перемещаться к «+», а дырки к «-» источника, то есть возникнет электрический ток, осуществляемый двумя видами зарядов: электронами и дырками.

2. Примесная проводимость.

Если чистый полупроводник легировать, то есть внести примесь, то число электронов и дырок не будет одинаково, появятся излишние заряды, которыми будет осуществляться ток. Проводимость резко возрастет.

Полупроводники с примесной проводимостью бывают:

1) Полупроводники с электронной проводимостью, n – типа.

Если в 4-валентный германий добавить примесь, 5-валентный мышьяк, то четыре электрона мышьяка образуют прочную связь с четырьмя электронами германия, а пятый электрон будет связан слабо и оторвется. Таким образом, появятся свободные заряды, которые будут создавать ток.

Полупроводники n – типа имеют электронную проводимость.

2) Полупроводники с дырочнойной проводимостью, p – типа.

Если в 4-валентный германий добавить примесь, 3-валентный индий, то три электрона индия образуют прочную связь с тремя электронами германия, а одна связь остается незаполненной и образуется дырка. Таким образом, появятся свободные заряды, которые будут создавать ток. Дырка долго не просуществует и заполнится другим электроном, а новая дырка возникнет в другом месте. То есть, при связанных электронах будут перемещающиеся дырки.

Полупроводники р – типа имеют дырочную проводимость.

P – n переход.

При соединении двух полупроводников разного типа (p и n), на границе образуется слой, называемый p – n переходом.

В начальный момент времени, электроны из n – области устремятся в р – область. В приграничном слое они рекомбинируются (воссоединятся), и на границе р – области скопятся отрицательные заряды, а n – области положительные. Возникший запирающий слой препятствует дальнейшему проникновению дырок в n – область, а электронов в р – область. Т о есть в этом месте образуется сопротивление, величина которого больше, чем сопротивление всего полупроводника.

Если на p – n переход подать напряжение:

a) В прямом направлении, «+» к р – области, «-» к n – области, то электроны приобретают дополнительную энергию от внешнего поля, начинают двигаться, запирающий слой уменьшается, значит резко уменьшается сопротивление и через полупроводник потечет большой прямой ток.

b) В обратном направлении, «-» к р – области, «+» к n – области. Поле еще больше расширяет запирающий слой, его сопротивление сильно возрастает, обратный ток не протекает до тех пор, пока не будет приложено пробивное напряжение. В результате приложения напряжения пробоя по переходу потечет большой обратный ток.

На этом принципе работает полупроводниковый диод.

Он работает по принципу ключа, пропуская ток только в одном направлении.

Полупроводниковые диоды изготавливаются из кристаллов кремния или германия. При их изготовлении в кристалл c каким-либо типом проводимости вплавляют примесь, обеспечивающую другой тип проводимости.

На рисунке приведена вольт - амперная характеристика кремниевого диода. При подаче прямого напряжения сразу начинает протекать большой ток, при подаче обратного напряжения ток будет протекать только при приложении большого напряжения пробоя.