Собственная проводимость полупроводников.
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
«ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра «Общая физика и методика обучения физике»
Реферат
по дисциплине «Физика низкоразмерных полупроводниковых структур»
на тему:
«Электрический ток в полупроводниках»
Направление подготовки 44.04.01«Педагогическое образование»
Профиль: «Физическое образование»
Выполнил студент: Мотькин Е.Н.
Группа: 19ФпФм1
Пенза 2020
Содержание
Введение…………………………………………………………………….3
1. Полупроводники…………………………………………………………4
2. Строение полупроводников …………………………………………….5
3. Электрический ток в полупроводниках ……………………………….6
4. Собственная проводимость полупроводников ………………………..7
5. Примесная электропроводность полупроводников…………………...9
Заключение………………………………………………………………….13
Литература…………………………………………………………………..15
Введение
Электрический ток проводят твердые, жидкие и газообразные тела. По способности проводить электрический ток, вещества можно разделить на несколько групп – проводники, изоляторы и полупроводники. В моем реферате говорится о характеристике полупроводников.
Полупроводники.
Полупроводники - группа веществ, проводимость которых занимают промежуточное положение между проводниками и изоляторами. Они проводят электрический ток не настолько хорошо, чтобы быть проводниками, но и не настолько плохо, чтобы быть изоляторами. Поэтому их называют полупроводниками. В основном это твердые вещества. Существуют и жидкие полупроводники.
|
|
|
К числу полупроводников относятся многие химические элементы (германий, кремний, селен, теллур, мышьяк и др.), огромное количество сплавов и химических соединений. Почти все неорганические вещества окружающего нас мира – полупроводники. Самым распространенным в природе полупроводником является кремний, составляющий около 30 % земной коры.
Основной особенностью полупроводников является то, что с изменением температуры меняется их электропроводность. При низких температурах число свободных зарядов в них мало и по своим свойствам они близки к изоляторам. При высоких температурах количество свободных зарядов в полупроводниках увеличивается и их уже можно отнести к хорошим проводникам. Электропроводность полупроводников также зависит от концентрации примесей, температуры, воздействия различных видов излучения, освещения, электрического и магнитного полей.
Полупроводники нашли широкое применение в электротехнике, радиотехнике, автоматике и др.
|
|
|
Строение полупроводников.
Кристаллы полупроводников имеют атомную кристаллическую решетку, где внешние электроны связаны с соседними атомами ковалентными связями. Рассмотрим строение германия (см. рисунок 1).
Четыре валентных электрона атома германия связаны с такими же электронами соседних атомов парноэлектронными (ковалентными) связями. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону. Каждый атом образует четыре связи с соседними, а валентный электрон может двигаться по любой из них. После этого он может перейти к следующему атому, и так дальше по всему кристаллу.
Ковалентные связи германия достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому германий при низкой температуре не проводит электрический ток и близок к диэлектрику по своим свойствам. Валентные электроны прочно связаны с кристаллической решеткой, и внешнее электрическое поле не оказывает на их движение заметного влияния.
Рисунок 1.
Электрический ток в полупроводниках.
Многие вещества в кристаллическом состоянии не являются такими хорошими проводниками электрического тока, как металлы, но не могут быть отнесены и к диэлектрикам, так как не являются хорошими изоляторами. Такие вещества долгое время не привлекали особого внимания ученых и инженеров.
|
|
|
Одним из первых начал систематические исследования физических свойств таких веществ, называемых сегодня полупроводниками, выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе.
Полупроводники оказались не просто «плохими проводниками», а особым классом кристаллов со многими физическими свойствами, отличающими их как от металлов, так и от диэлектриков.
Если у металлов с повышением температуры удельное сопротивление увеличивается, то у полупроводников уменьшается. Уменьшается удельное сопротивление полупроводниковых кристаллов и при освещении.
Но самым удивительным свойством полупроводников оказалось свойство односторонней проводимости контакта двух полупроводниковых кристаллов различного типа. Это свойство используется при создании разнообразных полупроводниковых приборов, служащих материальной базой современной радиоэлектроники, автоматики и вычислительной техники.
Полупроводниковые соединения делят на простые и сложные.
Простые полупроводниковые материалы - собственно химические элементы: бор B, углерод C, германий Ge, кремний Si, селен Se, сера S, сурьма Sb, теллур Te и йод I. Самостоятельное применение широко нашли германий, кремний и селен. Остальные чаще всего применяются в качестве легирующих добавок или в качестве компонентов сложных полупроводниковых материалов.
|
|
|
В группу сложных полупроводниковых материалов входят химические соединения, обладающие полупроводниковыми свойствами и включающие в себя два, три и более химических элементов.
Собственная проводимость полупроводников.
Чистые полупроводники (без примесей), в которых свободные электроны и «дырки» появляются в процессе ионизации атомов, из которых построен весь кристалл, называют полупроводниками с собственной проводимостью.
Собственная проводимость бывает двух видов: электронная и дырочная.
Электронная проводимость
При низких температурах в полупроводниках все электроны связаны с ядрами и удельное сопротивление полупроводника большое. При увеличении температуры энергия валентных электронов увеличивается за счет энергии тепловых колебаний атомов решетки. При этом энергия некоторых электронов может увеличиться настолько, что связи рвутся. 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 электрический ток. Удаление электрона с внешней оболочки одного из атомов кристаллической решетки приводит к превращению этого атома в положительный ион. При повышении температуры число разорванных ковалентных связей и количество свободных электронов увеличиваются, и это приводит к уменьшению удельного сопротивления (см. рисунок 2).
Рисунок 2.
Без внешнего поля эти электроны движутся хаотически. Под действием электрического поля свободные электроны перемещаются противоположно его вектору (см. рисунок 3).
Дырочная проводимость
При образовании свободного электрона в ковалентной связи возникает свободное (вакантное) место – электронная дырка. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными (неразрушенными) связями.
Дырка может перемещаться по всему кристаллу, т.к. ее место может замещаться валентными электронами. Перемещение дырки равноценно перемещению положительного заряда. Под действием внешнего электрического поля происходит упорядоченное движение дырок, которое происходит в направлении вектора напряженности электрического поля (см. рисунок 3).
Рисунок 3.
Кроме нагревания, разрыв ковалентных связей и возникновение собственной проводимости полупроводников могут быть вызваны освещением (фотопроводимость) и действием сильных электрических полей.
Дата добавления: 2021-02-10; просмотров: 52; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!