Физика. Лекция 532.Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимость.

Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так мы с вами изучили электрический ток в металлах, в жидкостях, в вакууме и на этой лекции приступаем к изучению электрического тока в материалах, которые сейчас, пожалуй, являются основой всей современной электроники во всем мире - это полупроводники.

Ну что же...слово полупроводники нам впервые встретилось на более ранних наших лекциях. И мы говорили о том, что вещества можно разделить на проводники и диэлектрики.

Проводники - это вещества в которых возможно направленное движение носителей зарядов.

Диэлектрики - это вещества в которых невозможно направленное движение носителей зарядов.

Но есть еще такие вещества, которые называют полупроводниками и которые занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. Что значит промежуточное положение? Это значит, что все-таки в них возможно направленное движение носителей заряда? Но она как-то затруднено что ли...А давайте вспомним какая физическая величина может охарактеризовать способность вещества проводить электрический ток? Проводимость - если мы говорим о проводнике и удельное сопротивление, если мы говорим о веществе. Или удельная электропроводность.

И так мы увидели в каких диапазонах лежит удельное сопротивление различных видов веществ. Но на самом деле это будет не полная характеристика вещества и к тому же она совершенно внешняя, непонятно что там внутри происходит. А наша задача изучить механизм тока переноса в полу проводниках - это раз. Во-вторых оказывается, что существуют так называемые высокоомные полупроводники их еще иногда называют широкозонными, но мы пока об этом не будем говорить на этой лекции. Нам сейчас важно, что у высокоомных проводников удельное сопротивление может быть почти такое же как у диэлектриков. Т.е порядка 10^10 Ом м. С другой стороны существуют полупроводники у которых с помощью специальных мер удается получить настолько маленькое удельное сопротивление, что оно будет примерно таким, как у нихрома, т.е порядка 10^-6 степени. Т.е по удельному сопротивлению разделять металлы, диэлектрики и полупроводники - это будет не совершенная классификация. А вот следующий шаг...металлы обладают удельным сопротивлением, которое зависит от температуры и мы с вами эту зависимость изучали и мы знаем, что с ростом температуры у металлов удельное сопротивление растет.

Что является свободными носителями зарядов в электролитах? Ионы. А в полупроводниках свободными носителями зарядов являются - электроны. И так мы можем отнести к полупроводникам по внешним характеристикам не интересуясь тем что внутри, вещества у которых, во-первых тока перенос обусловлен направленным движением электронов и во-вторых удельное сопротивление уменьшается с ростом температуры. И такое определение полупроводников, когда еще не было известно, что там происходит внутри дал Иоффе (стоит вспомнить опыт Миллекена - Иоффе). И вот, согласно определению Иоффе можно сказать следующее:

К полупроводникам относятся вещества тока перенос в которых обусловлен направленным движением электронов, и удельное сопротивление уменьшается с ростом температуры.

Это внешнее определение и пока мы не знаем почему так, но можем сказать, что вот такие вещества мы будем называть полупроводниками. Но это не главное...Главная особенность полупроводников необычайная чувствительность к любым практически воздействиям.

Ну а теперь переходим к самому главному. Нам необходимо выяснить почему полупроводниковые материалы обладают такими уникальными свойствами. Но перед этим надо сказать, что полупроводниковых материалов очень много - это во-первых. А во-вторых, если забегать наперед, оказывается разницы между полупроводниками и диэлектриками качественной нет. Т.е электронные процессы в диэлектриках и электронные процессы в полупроводниках абсолютно идентичны и здесь имеются ввиду кристаллические диэлектрики, полимеры не в счет. Разница только количественная. Просто, в диэлектриках свободных носителей зарядов гораздо меньше, а в полупроводниках больше. Т.е в полупроводниках и диэлектриках абсолютно одинаковые процессы. Металл же отличается коренным образом от полупроводников и диэлектриков. И еще стоит сказать, что существуют элементарные и сложные полупроводники.

И так мы с вами будем изучать элементарные полупроводники. И все перечисленные нами элементы находятся в четвертой группе периодических элементов таблицы Менделеева. Т.е у них 4 валентных электрона. И вот давайте сейчас попробуем проанализировать, что происходит внутри кристалла, состоящих из четырехвалентных атомов на примере кремния.

Дырка - вакантное место в валентной связи.

А теперь давайте попробуем ввести в полупроводниковый кристалл примесь...

На этом мы эту лекцию закончим.

Если тебе понравилось, подпишись на канал и поддержи автора