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.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Полупроводники. Часть I. Применение в электронике

Полупроводники. Часть II. Строение атома и электропроводность

Полупроводниковый диод

КОММЕНТАРИИ:

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) http://www.youtube.com/watch?v=-zTaHEuMgWo
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!!!

Добавить комментарий:

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