24982

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы

Шпаргалка

Физика

Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы План ответа 1. Полупроводниковые приборы. Применение полупроводников.

Русский

2013-08-09

31.5 KB

65 чел.

Билет № 16

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Полупроводниковые приборы

План ответа

1. Определение. 2. Собственная проводимость. 3. Донорная проводимость. 4. Акцепторная проводимость. 5. р-п переход. 6. Полупроводниковые приборы. 7. Применение полупроводников.

Полупроводники это вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температуры, наличия примесей, изменения освещенности. По этим свойствам они разительно отличаются от металлов. Обычно к полупроводникам относятся кристаллы, в которых для освобождения электрона требуется энергия не более 1,5 — 2 эВ. Типичными полупроводниками являются кристаллы германия и кремния, в которых атомы объединены ковалентной связью. Природа этой связи позволяет объяснить указанные выше характерные свойства. При нагревании полупроводников их атомы ионизируются. Освободившиеся электроны не могут быть захвачены соседними атомами, так как все их валентные связи насыщены. Свободные электроны под действием внешнего электрического поля могут перемещаться в кристалле, создавая ток проводимости. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов в кристаллической решетке приводит к образованию положительного иона. Этот ион может нейтрализоваться, захватив электрон. Далее, в результате пере-

ходов от атомов к положительным ионам происходит процесс хаотического перемещения в кристалле места с недостающим электроном. Внешне этот процесс хаотического перемещения воспринимается как перемещение положительного заряда, называемого «дыркой». При помещении кристалла в электрическое поле возникает упорядоченное движение «дырок» ток дырочной проводимости.

В идеальном кристалле ток создается равным количеством электронов и «дырок». Такой тип проводимости называют собственной проводимостью полупроводников. При повышении температуры (или освещенности) собственная проводимость проводников увеличивается.

На проводимость полупроводников большое влияние оказывают примеси. Примеси бывают до-норные и акцепторные. Донорная примесь это примесь с большей валентностью. При добавлении донорной примеси в полупроводнике образуются лишние электроны. Проводимость станет электронной, а полупроводник называют полупроводником n-типа. Например, для кремния с валентностью п = 4 донорной примесью является мышьяк с валентностью п = 5. Каждый атом примеси мышьяка приведет к образованию одного электрона проводимости.

Акцепторная примесь это примесь с меньшей валентностью. При добавлении такой примеси в полупроводнике образуется лишнее количество «дырок». Проводимость будет «дырочной», а полупроводник называют полупроводником          p-типа. Например, для кремния акцепторной примесью является индий с валентностью   n = 3. Каждый атом индия приведет к образованию лишней «дырки».

Принцип действия большинства полупроводниковых приборов основан на свойствах р-п перехода. При приведении в контакт двух полупроводниковых приборов р-типа и n-типа в месте контакта начинается диффузия электронов из n-области в p-область, а «дырок» наоборот, из  р- в n-область. Этот процесс будет не бесконечный во времени, так как образуется запирающий слой, который будет препятствовать дальнейшей диффузии электронов и «дырок».

р-п контакт полупроводников, подобно вакуумному диоду, обладает односторонней проводимостью: если к р-области подключить «+» источника тока, а к n-области «-» источника тока, то запирающий слой разрушится и р-п контакт будет проводить ток, электроны из области n- пойдут в р-область, а «дырки» из p-области  в n-область (рис. 23). В первом случае ток не равен нулю, во втором ток равен нулю. Т. е., если к p-области подключить «-» источника, а к n-области — «+» источника тока, то запирающий слой расширится и тока не будет.

Полупроводниковый диод состоит из контакта двух полупроводников р- и n-типа. Достоинством полупроводникового диода являются малые размеры и масса, длительный срок службы, высокая механическая прочность, высокий коэффициент полезного действия, а недостатком зависимость их сопротивления от температуры.

В радиоэлектронике применяется также еще один полупроводниковый прибор: транзистор, который был изобретен в 1948 г. В основе триода лежит не один, а два р-п перехода. Основное применение транзистора это использование его в качестве усилителя слабых сигналов по току и напряжению, а полупроводниковый диод применяется в качестве выпрямителя тока. После открытия транзистора наступил качественно новый этап развития электроники микроэлектроники, поднявший на качественно иную ступень развитие электронной техники, систем связи, автоматики. Микроэлектроника занимается разработкой интегральных микросхем и принципов их применения. Интегральной микросхемой называют совокупность большого числа взаимосвязанных компонентов транзисторов, диодов, резисторов, соединительных проводов, изготовленных в едином технологическом процессе. В результате этого процесса на одном кристалле одновременно создается несколько тысяч транзисторов, конденсаторов, резисторов и диодов, до 3500. Размеры отдельных элементов микросхемы могут быть 2—5 мкм, погрешность при их нанесении не должна превышать 0,2 мкм. Микропроцессор современной ЭВМ, размещенный на кристалле кремния размером 6х6 мм, содержит несколько десятков или даже сотен тысяч транзисторов.

Однако в технике применяются также полупроводниковые приборы без р-п перехода. Например, терморезисторы (для измерения температуры), фоторезисторы (в фотореле, аварийных выключателях, в дистанционных управлениях телевизорами и видеомагнитофонами).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

746. Построение статистической группировки 137.5 KB
  Аналитическая группировка выявляет закономерность между величиной среднегодовой стоимости ОПФ и величиной объема продукции. Эта зависимость прямая и показывает эффективное управление объемом продукции, в зависимости от величины среднегодовой стоимости ОПФ.
747. Разработка схемы расхождения и обгона судов на заданном участке внутреннего водного пути 131 KB
  Навигационное описание участка водного пути. Требования правил плавания к движению и маневрированию судов. Разработка схемы расхождения и обгона судов на участке водного пути река Березина(117-98 километр).
748. Биосоциальная природа человека 153.5 KB
  Из социальной сущности людей вытекают закономерности и направления исторического развития человечества. Лазание по деревьям требует высокоразвитой нервной системы. Основные стадии антропогенеза. Трудовая деятельность стала важнейшим фактором дальнейшей эволюции человека.
749. Изучение источника вторичного электропитания (ИВЭП) 153 KB
  Линейный стабилизированный источник вторичного электропитания. График по полученным данным. С ростом сопротивления сила тока уменьшается, а напряжение стабильно. На участке стабилизации напряжение остается стабильным при любом изменении силы тока, т.к. на ней действует стабилизатор.
750. Деревянный летний дом 45 KB
  Дом расположен в Коттеджном поселоке Мартемьяново. Расстояние от МКАД до посёлка около 26 км. Спортивная площадка для игровых видов спорта. На первом этаже располагается входная группа. Отделка стен всех комнатах кроме кухни и с/у. Бескаркасная схема здания с продольными и поперечными несущими стенами.
751. Расчет волоконно-оптической линии передачи между городами Самара - Волгоград 923 KB
  Необходимость строительства ВОЛП между характеризуемыми населёнными пунктами. Расчет числа каналов между городами. Число каналов для телефонной связи между заданными оконечными пунктами. Выбор системы передачи и кабеля. Выбор и характеристика трассы ВОЛП.
752. Безопасность и охрана труда на предприятии 142.5 KB
  История создания, цели и основные направления деятельности. Анализ финансово-экономической деятельности предприятия. Анализ безопасности и охраны труда на предприятии и пути их усовершенствования. Пути совершенствования охраны труда на предприятии.
753. Программная разработка инженерного калькулятора 131.5 KB
  Требования к программе или программному изделию. Инженерный калькулятор с описанием всех этапов разработки проекта, текстом программы, тестовых примеров, руководства пользователя в виде пояснительной записки. Требования к информационной и программной совместимости
754. Расчет аппаратов для очистки промышленных газов 619.5 KB
  Принцип очистки газов под действием инерционных сил заложен в конструкции отстойного газохода. Инерционные пылеуловители характеризуются простотой устройства и компактностью. Расчет эффективности очистки циклонного аппарата.