Полупроводник как основа технической базы

В 60-е годы 18 века благодаря трудам 4 ученым: Джозефа Пристли, Джамбатисты Беккариа, Джона Кантона, Генри Кавендиша - было отмечено, что есть особый класс веществ, которые проводят ток лучше, чем диэлектрики, но хуже чем проводники. В 1833 Фарадей обнаруживает странное поведение сопротивления некоторых веществ при изменении температуры и высказывает предположение, что есть особый класс веществ. Первое десятилетие 20 века Кенигсберг вводит понятие класса полупроводников и указывает его отличительные признаки. В 20-30 годы 20 века закладываются основы физики полупроводников.

Полупроводники занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками из-за своего удельного сопротивления. Проводники - это вещества, в которых существуют свободные заряды, которые могут перемещаться по всему объему вещества. Диэлектрики - это вещества, в которых практически отсутствуют свободные носители заряда.

Полупроводниками являются 12 химических элементов и многие органические соединения.[3] Органические соединения - класс соединений, в состав которых входит углерод (за исключением карбидов, угольной кислоты, карбонатов, оксидов углерода и цианидов).

Сопротивления полупроводников очень сильно зависит от температуры. На рисунке 6 представлен график зависимости сопротивления от температуры.

[3]

Рис.6

На графике представлены две кривые: кривая 1 показывает зависимость сопротивления от температуры для металлов, кривая 2 показывает зависимость сопротивления от температуры для полупроводников. На рисунке 7 показана структура полупроводниковых кристаллов кремния.

[3]

Рис.7

Образование кристаллов служит то, что атомы сближаются настолько близко, что их внешние электронные оболочки перекрывают друг друга. Такое взаимодействие оболочек приводит к тому, что валентные электроны соседних атомов становятся общими и, двигаются по орбитам, на каждой из которых может присутствовать не более 2-х электронов. Общие электроны, связывающие между собой атом, образуют ковалентную связь. На рисунке 8 представлено кристаллическая решетка кремния при воздействии на неё температуры. При температуре выше абсолютного нуля часть электронов за счет теплового колебания атомов может получить энергию достаточную для того, чтобы покинуть атомы, и происходит разрыв электронной пары. При абсолютном нуле чистый полупроводник без примесей обладал бы свойствами идеального изолятора, так как все валентные электроны в полупроводнике будут связаны и свободных электронов не будет. Также разрыв электронной пары может произойти под влиянием электромагнитных полей или при рентгеновском или радиоактивном излучении.

[3]

Рис.8

В связи с тем, что электронная пара терпит разрыв, появляется электрон, который перемещается по всему объему проводника и называется он свободный. Место, которое покинул электрон, становится пустым, называется - дырка. Она может быть заполнена валентными электронами из соседних связей. Если создать электрическое поле, то оно упорядочит движение электронов и дырок, что приведет к электрическому току. Ток в полупроводнике равен сумме дырочного тока и электронного. Данный вид проводимости в полупроводнике получил название собственной проводимости.

Отмечают ещё два вида проводимости.[3] Они встречаются, когда в полупроводник добавляют примесь.

1) Электронная проводимость получила название n-типа

Прочитайте еще и эти статьи:

Проектирование фильтра симметричных составляющих прямой последовательности тока
Фильтром симметричных составляющих называется электрическая схема, приключенная своими входными зажимами к вторичным цепям трансформатора тока и подающая через два входных зажима на исполнительный орган однофазное напряжение или однофазный т ...

Проектирование радиовещательного передатчика с амплитудной модуляцией
Спроектировать радиовещательный передатчик с АМ (ПРВАМ) со следующими параметрами: · Мощность в антенне (нагрузке ) P~=100 кВт; · Волновое сопротивление фидера ρФ=150 Ом; · КПД фидера ηф = 0.80; · ...