Полупроводники. Часть III. Типы проводимости полупроводников.
По своей способности проводить электрический ток, полупроводники занимают промежуточное место между хорошими проводниками и диэлектриками. Проводимость этих материалов существенно меняется под влиянием внешних факторов. Такими факторами могут быть, например, температура или количество примесей. В данной статье мы будем рассматривать влияние примесей на проводимость кремния(Si), самого популярного полупроводника в производстве электронных компонентов.
Кристаллическая решетка кремния
В обычном состоянии, атомы кремния образуют кристаллическую решетку. На внешней электронной оболочке атома находятся четыре электрона. С их помощью, устанавливается ковалентная связь с четырьмя соседними атомами. Каждый электрон в такой связи принадлежит двум атомам одновременно. Таким образом, у каждого атома на внешней электронной оболочке находиться восемь электронов. В результате, поскольку последний уровень электронной оболочки оказывается завершенным, у атома очень трудно забрать его электроны и материал ведет себя как диэлектрик (не проводит электрический ток).


Легирование полупроводников
Для того чтобы повысить проводимость полупроводников, их специально загрязняют примесями – атомами химических элементов с другим значением валентности. Примеси с меньшим количеством валентных электронов, чем у полупроводника, называются акцепторами. Примеси с большей валентностью – донорами. Сам этот процесс называется легированием полупроводников. Примерное соотношение — один атом примеси на миллион атомов полупроводника.
Типы проводимости полупроводников
1. Электронная проводимость
Добавим в полупроводник кремния пятивалентный атом мышьяка (As). Посредством четырех валентных электронов, мышьяк установит ковалентные связи c четырьмя соседними атомами кремния. Для пятого валентного электрона не останется пары, и он станет слабо связанным с атомом.

Под действием электромагнитного поля, такой электрон легко отрывается, и вовлекается в упорядоченное движение заряженных частиц (электрический ток). Атом, потерявший электрон, превращается в положительно заряженный ион с наличием свободной вакансии — дырки.
Несмотря на присутствие дырок в полупроводнике кремния с примесью мышьяка, основными носителями свободного заряда являются электроны. Такая проводимость называется электронной, а полупроводник с электронной проводимостью — полупроводником N-типа.
2. Дырочная проводимость
Введем в кристалл кремния трехвалентный атом индия (In). Индий установит ковалентные связи лишь с тремя соседними атомами кремния. Для четвертого «соседа», у индия не хватает одного электрона. Этот недостающий электрон может быть захвачен атомом индия из ковалентной связи соседних атомов кремния.

Атом индия превратиться в негативно заряженный ион, а в ковалентной связи соседних атомов образуется вакансия (дырка). В свою очередь, на это место может перескочить электрон из соседней ковалентной связи. В результате получается хаотическое блуждание дырок по кристаллу.
Если поместить полупроводник в электромагнитное поле, движение дырок станет упорядоченным, т.е. возникнет электрический ток. Таким образом, обеспечивается дырочная проводимость. Полупроводник с дырочной проводимостью называется полупроводником P-типа.
PN–переход
Соединив вместе материалы P-типа и N-типа, на их стыке мы получим область электронно-дырочного перехода (PN -перехода). Происходящие внутри PN-перехода физические процессы между электронами дырками, легли в основу принципа работы полупроводниковых приборов.
Полупроводники. Часть II. Строение атома и электоропроводность.
Полупроводники. Часть I. Применение в электронике
Александр |
писал: 2012-08-24 |
Для четвертого «соседя»… Исправьте на «соседа». |
Админ |
писал: 2012-09-06 |
Исправил, спасибо ) |
Виталий |
писал: 2012-10-08 |
Абалденный сайт. спасибо) все описано так понятно, интересно, с картинками=) |
Андрей |
писал: 2012-11-19 |
В ссылках по теме у вас вместо частей 2 и 3 видимо должны быть части 1 и 3 |
Андрей |
писал: 2012-11-19 |
При добавлении коментария не принимаются реальные имейлы гугла с точкой в имени (aaa.bbb@gmail.com) несмотря на то что имейл существующий. поправьте а то получается что необходимо выдумывать какие то имейлы что бы прошли проверку. |
Артём |
писал: 2012-11-28 |
Спасибо. |
Александр |
писал: 2012-12-05 |
Было бы неплохо подробнее расписать о PN-переходе или хотя бы вставить ссылку на статью «Устройство и работа диода», где описан принцип его действия. |
Влад |
писал: 2012-12-17 |
вот тут все ясно и наглядно описано) |
Админ |
писал: 2012-12-30 |
Добавлена ссылка на статью «Полупроводниковый диод» с описанием принципа работы PN-перехода. |
Арслан |
писал: 2013-06-09 |
Если у атома кремния 14 электронов, и в соединении с другими атомами получается по 8 электронов, тогда как последний уровень эл.оболочки оказывается завершенным. Насколько я понял последний уровень у кремния 18 электронов при завершении |
Ирина |
писал: 2014-04-16 |
Спасибо большое! Даже я почти все поняла))) |
Илья |
писал: 2014-10-03 |
Спасибо за информацию. |
Дмитрий |
писал: 2015-01-01 |
Дай Бог здоровья автору!!! |