Электропроводность полупроводников

ТЭО.18 (07.05.2020)

Преподаватель Жерневская И.Е.

ОП.02 Электротехника и электроника

Тема: Полупроводниковые приборы

Цель занятия: Изучить принцип работы полупроводниковых приборов, их назначение и применение. Рассмотреть классификацию и основные параметры полупроводниковых диодов

Задание:

1. Изучить лекционный материал. Краткий опорный конспект лекционного материала оформить в рабочей тетради.

2. Изучить:

Данилов И. А., Иванов Г. М., Общая электротехника с основами электроники. Стр. 422-442

3. Посмотреть обучающее видео «Полупроводниковые приборы» по ссылке:

https://www.youtube.com/watch?v=mC-BCTcpChM&feature=emb_logo

5. Дать ответы на контрольные вопросы.

Ответы на контрольные вопросы (с указанием даты и темы) оформить в рабочей тетради, сфотографировать на телефон и выслать на дистанционную почту (адреса для обратной связи указаны ниже).

 

Срок выполнения задания — до 14.05.2020!

Обратная связь:

1. zhernevskaja.inna@mail.ru

2. https://vk.com/zhernevskaya

3. https://ok.ru/profile/519483261262

4. Viber (+380713844123)

5. WhatsApp (+380713844123)

6. dist-obuchenie@mail.ru

Рекомендуемая литература:

1. Данилов И. А., Иванов П. М. Общая электротехника с основами электроники — М.: Мастерство, 2001

2. В. Е. Китаев Электротехника с основами промышленной электроники. Учебное пособие для проф.-тех. училищ. — М.: Высш. школа, 1980. - 254 с.

Лекция

Тема: Полупроводниковые приборы

План

Общие сведения о полупроводниках

Электропроводность полупроводников

Электронно-дырочный переход, свойства

ВАХ

Полупроводниковые диоды. Классификация, параметры, область применения

Общие сведения о полупроводниках

В современной электронной технике полупроводниковые приборы играют исключительную роль. За последние три десятилетия они почти полностью вытеснили электровакуумные приборы. В любом полупроводниковом приборе имеется один или несколько электронно-дырочных переходов.

Полупроводниковыми называются приборы, действие которых основано на использовании свойств веществ, занимающих по электропроводности промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Удельная электропроводность полупроводников s = 10²...10^-8 См/м (у проводников s = 10⁴...10³ См/м, у диэлектриков s < 10^-8 См/м).

Электрические свойства полупроводников зависят от внешних условий: температуры, освещенности, внешних полей и др. Характерной особенностью полупроводников является повышение их электропроводности с увеличением температуры и при введении примесей.

В качестве веществ, используемых для изготовления полупроводниковых приборов, широко используются германий Ge, кремний Si (элементы четвертой группы таблицы Менделеева) и арсенид галлия GaAs. Они имеют монокристаллическую структуру и кристаллическую решетку алмазного типа: каждый атом окружен четырьмя атомами, находящимися в вершинах правильного тетраэдра. Атомы удерживаются в узлах решетки за счет валентных электронов.

 

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:

- Полупроводники с электронной проводимостью, n – типа.

Если в 4х-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.

- 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.