Полупроводники. Часть II. Строение атома и электоропроводность.

Планетарная модель атома

Для того чтобы лучше понять особенности природы полупроводников, стоит немного вспомнить электронное строение атома. Для этого рассмотрим планетарную модель атома, предложенную британским физиком Эрнестом Резерфордом в 1911 году. Согласно этой модели, в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества. Например, у водорода (H) всего один электрон, у полупроводника кремния (Si) - 14 электронов.

Носители электрического заряда в атоме

Каждый протон несет частицу положительного электрического заряда. Электрон является носителем отрицательного электрического заряда, равного по силе заряду протона. Нейтроны не несут заряда, и остаются электрически нейтральными.

В обычном состоянии количество протонов и электронов одинаково, и такой атом электрически нейтрален. Когда у химического элемента не хватает одного электрона, тогда его называют положительно заряженным ионом. При избытке электронов, атом становится отрицательно заряженным ионом.

Электронная оболочка атома

Область пространства вероятного местонахождения электрона называется электронная оболочка. Атом может иметь до семи электронных оболочек, именуемых латинскими буквами K (ближайшая оболочка к ядру), L, M, N, O, P и Q. На таблице ниже указано максимально возможное количество электронов на каждой оболочке.

Электронная
оболочка
Максимальное
число электронов
K 2
L 8
M 18
N 32
O 50
P 72
Q 98

Электроны, которые находятся дальше всего от ядра атома, располагаются на внешней электронной оболочке и называются валентными электронами. С их помощью атом взаимодействует с соседними химическими элементами.

Электропроводность материалов

Электрические свойства материала напрямую зависят от количества валентных электронов у их атомов. Чем их меньше, тем слабее связь каждого валентного электрона с ядром атома. Следовательно, такой материал лучше проводит электрический ток, потому что его атомы "охотнее" расстаються со своими электронами. Самые лучшие проводники - это химические элементы с одним электроном на внешней оболочке. Например, такие как золото (Au) или медь (Cu).

Соответственно, чем больше заполнена внешняя электронная оболочка, тем больше энергии требуется на разрыв связей между ядром атома и валентными электронами. Самые лучшие диэлектрики (материалы, практически не проводящие электричество) - это химические элементы с завершенной валентной оболочкой. Типичными их представителями являются, так называемые, благородные газы. Например неон (Ne) или аргон (Ar).

У полупроводников внешняя электронная оболочка заполнена наполовину. Следовательно, эти материалы не могут быть хорошими проводниками, как и диэлектриками. Полупроводники интерессны именно тем, что способны значительно менять свои электрические свойства в зависимости от температуры, или примесей других химических элементов.

В следующем разделе речь пойдет о том, как полупроводники специально "загрязняют" примесями, чтобы повлиять на их электропроводность. Также рассмотрим принципы действия дырочного и электронного типа проводимостей.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Полупроводники. Часть I. Применение в электронике

Полупроводники. Часть III. Влияние примесей на проводимость

КОММЕНТАРИИ:

Илья
писал: 2012-10-14
Прооосто замечательно! Понятнее материала я не встречал до этого в Интернете. Настолько кратко и доступно!!! Ничего лишнего. Имею огромное желание изучить радиоэлектронику, знания которой хочу применять при ремонте компьютерной техники. Если у Вас есть возможность, я готов по договоренности пройти у Вас обучение с "0".
Александр
писал: 2012-12-05
Действительно очень интересный и полезный материал. Просто и доступно.
Александр
писал: 2012-12-05
Заметил небольшую ошибку, скорее описку, на второй картинке. Написано 14 электронов, когда должно быть 14 нейтронов.
Арсентий
писал: 2013-06-25
"Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества." Ошибка. Свойства элемента определяет количество протонов. Я уж не говорю об обилии грубых грамматических ошибок.
Admin
писал: 2013-09-07
Свойства элемента определяет как количество протонов, так и электронов. Поскольку статья о полупроводниках и электрических свойствах, нас больше интересуют именно электроны.
Берик
писал: 2013-10-17
Арсентий, чтобы удовлетворить Ваши запросы потребуется очень длинное изложение материала, среди строк которого потеряется вся прелесть доступности и простоты. Не вижу "обилия" грамматических ошибок, разве что Ваше "Я уж".
Лена
писал: 2014-01-03
"Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества. Например, у водорода (H) всего один электрон, у полупроводника кремния (Si) - 14 электронов" Но количество электронов как раз таки не определяет название вещества. Название определяет количество протонов. Мне кажется это важно отметить, потому что немного путает.
Лена
писал: 2014-01-03
Но рассказано очень интересно и доступно, за что огромное спасибо.
Сергей
писал: 2014-02-05
Наконец-то нашел такой ресурс, где могу вспомнить основы с нуля. Ибо в универе ТОЭ не было, а на автоматику забивал частенько. Спасибо.

Добавить комментарий:

Ваше имя:
Ваш E-mail:
Ваш комментарий:
Введите сумму чисел с картинки (защита от роботов):