Полупроводники
К полупроводникам относятся такие вещества, как германий, кремний, углерод, селен и др., которые имеют проводимость электрического тока, лежащую между средней проводимостью проводников и диэлектриков.
Основное свойство полупроводников — наличие удельного сопротивления, убывающего при повышении температуры, изменении освещённости или добавлении какой-либо примеси к веществу.
Полупроводники обладают некоторыми полезными свойствами и широко используются для получения твердотельных устройств радиоэлектроники:
- диодов;
- термо- и фоторезисторов;
- транзисторов.
Рассмотрим строение одного из полупроводников, например, кремния. Это один из самых распространённых полупроводников, имеющий дешёвую технологию получения и очистки.
При любой температуре выше абсолютного нуля, в его кристаллической решётке между атомами устанавливается ковалентная связь (показано на рисунке). Существует конечная вероятность того, что электрон в решётке станет находиться в возбуждённом состоянии и покинет свою позицию, оставляя вместо себя электронный дефицит, который называется «дырка». Под действием внешнего напряжения электроны и дырки могут перемещаться по полупроводнику.
При комнатной температуре минимальное количество электронов свободно перемещается по полупроводнику, и его свойства схожи со свойствами диэлектрика. Но по мере повышения температуры, появляется всё большее число валентных электронов и проводимость вещества возрастает. Проводимость полупроводников можно увеличить также с помощью добавления примесей других химических элементов.
Собственная проводимость
Полупроводники делятся на две основные категории:
- с собственной проводимостью;
- с примесной проводимостью.
Собственной проводимостью обладают химически чистые полупроводники (кремний или германий). Чтобы высвободить в них электроны требуется энергия около 1,5 эВ. Это происходит при нагревании. Появившиеся свободные электроны и дырки свободно перемещаются по кристаллу полупроводника. Ели кристалл поместить во внешнее электрическое поле, то будет организовано упорядоченное движение зарядов — электрический ток. Так как ток создаётся не только движением электронов, но и дырок, то можно сказать, что в собственных полупроводниках существует электронно-дырочная проводимость.
Электрический ток в собственном полупроводнике находится под влиянием плотности электронов в зоне проводимости. Он сильно зависит от температуры.