2014-02-17
2877
Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость полупроводников.
Полупроводники – это вещества, занимающие промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электрический ток (проводниками), и веществами, практически не проводящими тока (диэлектриками).
К полупроводникам относятся кремний Si, германий Ge, селен Se и соединения (Pb, CdS и др.).
Свойства полупроводников:
1.С ростом температуры их сопротивление резко падает.
2.Наличие примесей приводит к значительному уменьшению их удельного сопротивления.
3.Электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами – электронами, но и равными им по величине положительными зарядами – дырками.
Атомы в кристалле кремния (IV группа табл. Менделеева) связаны между собой ковалентными связями. Эти связи достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. При нагревании кремния наступает разрыв отдельных связей, и некоторые электроны становятся свободными. В электрическом поле они перемещаются между узлами решётки, образуя электрический ток.
|
|
|
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. Дырка несёт положительный заряд.
В чистых полупроводниках электрический ток создаётся движением отрицательно заряженных электронов и положительно заряженных дырок. Такая проводимость называется собственной проводимостью полупроводников.
При добавлении примесей к полупроводнику резко увеличивается его проводимость.
Примеси бывают донорные и акцепторные.
Донорная примесь – это примесь с большей, чем у кристалла, валентностью.
При добавлении такой примеси в полупроводнике образуются дополнительные свободные электроны. Полупроводник с донорной примесью называется полупроводником n-типа.
Например, для кремния с валентностью равной 4 донорной примесью является мышьяк с валентностью равной 5.
Каждый атом примеси мышьяка приведёт к образованию одного электрона проводимости.
Акцепторная примесь – это примесь с меньшей, чем у кристалла, валентностью.
При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Полупроводник с акцепторной примесью называется полупроводником p-типа.
Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью равной 3.
Каждый атом примеси индия приведёт к образованию лишней дырки.
Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) – это учение о строении и свойствах вещества, использующее представления о существовании атомов и молекул как мельчайших частиц вещества.
В основе МКТ лежат три основных положения:
|
|
|
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц: атомов и молекул.
2. Эти частицы беспорядочно двигаются.
3. Частицы взаимодействуют друг с другом.
Основные положения МКТ подтверждаются опытными фактами.
Существование атомов и молекул доказано экспериментально, получены фотографии с помощью электронных микроскопов.
Способность газов неограниченно расширяться и занимать весь объём объясняется непрерывном хаотичным движением молекул. Также его объясняет диффузия и броуновское движение.
Упругость газов, твёрдых и жидких тел, способность жидкостей смачивать некоторые твёрдые тела, процессы окрашивания, склеивания, сохранения формы твёрдыми телами говорят о существовании сил притяжения и отталкивания между молекулами.
Массы и размеры молекул очень малы, и удобно использовать не абсолютные значения масс, а относительные. Относительные атомные массы всех химических элементов указаны в таблице Менделеева (в сравнении с массой атома углерода).
Количество вещества, содержащее столько же частиц, сколько атомов содержится в 0,012 кг углерода, называется одним молем.
В одном моле любого вещества содержится одно и то же число атомов или молекул. Это число называется постоянной Авогадро: 
.
Массу одного моля называют молярной массой: 
.
Количество вещества равно отношению массы вещества к его молярной массе: 
.
