Главная | Обратная связь

Будова напівпровідників.

Комп’ютерна електроніка і схемотехніка

Напівпровідникові прилади. Електропровідність напівпровідників. Будова напівпровідників. Типи провідностей. Електронно-дірковий перехід. Класифікація напівпровідникових приладів.

Напівпровідникові прилади.

За своїм принципом дії всі напівпровідникові прилади діляться на дві групи. До першої з них відносять прилади, у яких використовуються об'ємні ефекти - залежність про­відності від температури (термистори), від освітлення (фотоопо-ри) та ін. (див. розділ 1.2), до іншої групи відносяться прилади, що працюють на контактних явищах (напівпровідникові діоди, транзистори, тиристори).

Основою конструкції напівпровідникового приладу є кон­тактне з'єднання напівпровідників, що мають різну провідність (р- і n-). У місці контакту створюється спеціальна область, яка називається електронно-дірковим переходом. Найважливішою властивістю р- n-переходу є його односто­роння провідність. Робота всіх напівпровідникових приладів заснована на використанні зазначеної властивості.

Електропровідність напівпровідників.

Здатність твердих тіл пропускати електричний струм характеризується їх електричною провідністю або електропровідністю. Величина обернена електропровідності називаеться питомим опором.

У разі нагрівання напівпровідника кінетична енергія частинок підвищується й відбувається розрив окремих зв'язків. Деякі електрони стають вільними, подібно до електронів у металі. В електричному полі вони переміщаються між вузлами решіток, утворюючи електричний струм.

 

Типи провідностей.

Власна провідність.Провідність напівпровідників, що зумовлена наявністю в них вільних електронів, називається електронною провідністю.

У тій парі атомів, звідки зовнішнім впливом — нагріванням або освітленням — електрон був переведений у вільний стан, з'являється надлишковий позитивний іон. Тепловий рух атомів кристала призводить до того, що який-небудь електрон із найближчих сусідніх атомів переходить до даного іона. Тоді позитивним іоном виявляється сусідній атом, звідки був “захоплений” електрон. Такий процес відбувається багато разів, і тому переміщення позитивного заряду всередині кристала, яке відображає насправді рух зв'язаних електронів від одного атома до іншого, називають рухом дірок. Легко побачити, що поява дірок у кристалі створює додаткові можливості для перенесення заряду. Під час створення в напівпровіднику електричного поля дірки переміщаються в тому напрямі, куди рухалися б позитивні заряди.

Власну провідність напівпровідників можна розглянути на основі уявлення про будову типового напівпровідника — германію.Домішкова провідність напівпровідників. Отже, для чистих напівпровідників притамана власна провідність; провідність, що здійснюють переміщенням вільних електронів є електронна провідність, а провідність дірок – діркова провідність. Діркова провідність виникає тоді, коли в кристал германію введені атоми (наприклад, індію)

 

Будова напівпровідників.

Напівпровідники мають повністю заповнену валентну зону, відділену від зони провідності неширокою забороненою зоною. Ширина забороненої зони напівпровідників зазвичай менша за 3 еВ. Неширока заборонена зона призводить до того, що при підвищенні температури ймовірність збудження електрона у зону провідності зростає за екпоненційним законом. Саме цим фактом зумовлене збільшення електропровідності власних напівпровідників.

До напівпровідників відноситься велика кількість речовин і елементів, що по своїх електричних властивостях займають проміжне положення між провідниками і діелектриками.

Формальною ознакою приналежності речовини до класу напівпровідників є величина питомої електропровідності, що для них може приймати значення в межах s=102…10–8 См/м.

Для напівпровідників характерна кристалічна будова, тобто закономірне й упорядковане розташування їхніх атомів у просторі.

Взаємодія пари сусідніх атомів у напівпровідниках здійснюється за допомогою ковалентного зв'язку. В утворенні цього зв'язку від кожного атома бере участь по одному валентному електрону, які відщеплюються від атомів і під час свого руху велику частину часу проводять у просторі між сусідніми атомами. їх негативний заряд утримує позитивні іони один поблизу одного.

Кожний атом утворює чотири зв'язки із сусідніми, й будь-який валентний електрон може рухатися по одному з них. Дійшовши до сусіднього атома, він може перейти до наступного, а потім далі вздовж усього кристала. Валентні електрони належать усьому кристалу.

Ковалентні зв'язки напівпровідника достатньо міцні й за низьких температур не розриваються. Тому напівпровідники за низької температури не проводять електричний струм. Валентні електрони, що беруть участь у зв'язках атомів, міцно прив'язані до кристалічних решіток, і зовнішнє електричне поле не чинить помітного впливу на їхній рух.