Structura semiconductorilor. Aplicații ale semiconductorilor. Idei moderne despre proprietățile electrice ale substanțelor

Ce este un semiconductor și cu ce se mănâncă?

Semiconductor- un material fără de care lumea modernă a tehnologiei și a electronicii este de neconceput. Semiconductori prezintă proprietăți ale metalelor și nemetalelor în anumite condiții. În ceea ce privește rezistivitatea electrică, semiconductorii ocupă o poziție intermediară între conductorii buni și dielectrici. Semiconductor diferă de conductori prin dependența puternică a conductivității specifice de prezența elementelor de impurități (elemente de impurități) în rețeaua cristalină și concentrația acestor elemente, precum și de temperatură și expunerea la diferite tipuri de radiații.
Proprietatea de bază a unui semiconductor- cresterea conductibilitatii electrice cu cresterea temperaturii.
Semiconductorii sunt substanțe a căror bandă interzisă este de ordinul mai multor electroni volți (eV). De exemplu, diamantul poate fi clasificat ca semiconductor cu decalaj larg, iar arseniura de indiu poate fi clasificată ca semiconductor cu decalaj îngust.
Intervalul de bandă este lățimea decalajului de energie dintre partea de jos a benzii de conducție și partea de sus a benzii de valență, în care nu există stări permise pentru electron.

Mărimea benzii interzise este importantă atunci când se generează lumină în LED-uri și lasere semiconductoare și determină energia fotonilor emiși.

Semiconductorii includ multe elemente chimice: Si siliciu, Ge germaniu, As arsenic, Se seleniu, Te teluriu și altele, precum și tot felul de aliaje și compuși chimici, de exemplu: iodură de siliciu, arseniură de galiu, telurit de mercur etc.). În general, aproape toate substanțele anorganice din lumea din jurul nostru sunt semiconductori. Cel mai comun semiconductor din natură este siliciul, care, conform estimărilor aproximative, reprezintă aproape 30% din scoarța terestră.
În funcție de faptul că un atom al unui element de impuritate renunță la un electron sau îl captează, atomii de impuritate sunt numiți atomi donor sau acceptor.

Pe baza tipului de conductivitate, semiconductorii sunt împărțiți în tip n și tip p

semiconductor de tip n

Pe baza tipului de conductivitate, semiconductorii sunt împărțiți în tip n și tip p.

Un semiconductor de tip n are o natură de impuritate și conduce curentul electric ca metalele. Elementele impurități care sunt adăugate la semiconductori pentru a produce semiconductori de tip n sunt numite elemente donatoare. Termenul „n-tip” provine de la cuvântul „negativ”, care se referă la sarcina negativă purtată de un electron liber.

Teoria procesului de transfer al taxelor este descrisă după cum urmează:

Un element de impuritate, pentavalent ca arsen, este adăugat la siliciul Si tetravalent. În timpul interacțiunii, fiecare atom de arsen intră într-o legătură covalentă cu atomii de siliciu. Dar rămâne un al cincilea atom de arsen liber, care nu are loc în legăturile de valență saturate și se deplasează pe o orbită îndepărtată a electronilor, unde este nevoie de mai puțină energie pentru a îndepărta un electron din atom. Electronul se desprinde și devine liber, capabil să transporte sarcină. Astfel, transferul de sarcină este efectuat de un electron, nu de o gaură, adică acest tip de semiconductor conduce curentul electric ca metalele.
Antimoniul Sb îmbunătățește, de asemenea, proprietățile unuia dintre cei mai importanți semiconductori - germaniu Ge.

semiconductor de tip p

Un semiconductor de tip p, în plus față de baza de impurități, este caracterizat de natura orificiului conductibilității. Impuritățile care sunt adăugate în acest caz se numesc impurități acceptoare.
„tipul p” provine de la cuvântul „pozitiv”, care se referă la sarcina pozitivă a purtătorilor majoritari.
De exemplu, o cantitate mică de atomi de indi trivalenți este adăugată la un semiconductor, siliciu Si tetravalent. În cazul nostru, indiul va fi un element de impuritate, ai cărui atomi stabilesc o legătură covalentă cu trei atomi de siliciu învecinați. Dar siliciul are o legătură liberă, în timp ce atomul de indiu nu are un electron de valență, așa că captează un electron de valență din legătura covalentă dintre atomii de siliciu vecini și devine un ion încărcat negativ, formând o așa-numită gaură și, în consecință, o gaură. tranziţie.
Conform aceleiași scheme, In ndium conferă conductivitate ale găurii germaniului Ge.

Investigarea proprietăților elementelor și materialelor semiconductoare, studierea proprietăților de contact dintre un conductor și un semiconductor, experimentarea în fabricarea materialelor semiconductoare, O.V. Losev a creat prototipul LED-ului modern în anii 1920.

Un semiconductor este un material cristalin care conduce electricitatea nu la fel de bine ca metalele, dar nu la fel de slab ca majoritatea izolatorilor. În general, electronii semiconductorilor sunt legați strâns de nucleele lor. Cu toate acestea, dacă mai mulți atomi de antimoniu, care au un „exces” de electroni, sunt introduși într-un semiconductor, de exemplu, siliciul, atunci în acest caz electronii liberi de antimoniu vor ajuta siliciul să poarte o sarcină negativă.

Când mai mulți atomi ai unui semiconductor sunt înlocuiți cu indiu, care atașează cu ușurință electroni suplimentari, în semiconductor se formează „spatii libere” sau, după cum spun fizicienii, „găuri”, care nu sunt ocupate de electroni; care poartă o sarcină pozitivă.

Aceste proprietăți ale semiconductorilor au dus la utilizarea lor pe scară largă în tranzistoare - dispozitive pentru amplificarea curentului, blocarea acestuia sau trecerea acestuia într-o singură direcție. Într-un tranzistor NPN tipic, un strat de semiconductor pozitiv (P) (bază) este intercalat între două straturi de semiconductor negativ (N) (emițător și colector). Când un semnal slab, cum ar fi de la un interfon, trece prin baza tranzistorului NPN, emisia de electroni amplifică semnalul.

Structura semiconductorilor

Semiconductori de tip N conțin un număr în exces de electroni care poartă o sarcină negativă. Semiconductorii de tip P nu au electroni, dar au un exces de găuri (spații libere pentru electroni) care poartă sarcină pozitivă.

Caracteristici distinctive ale semiconductorilor

Spre deosebire de conductori, care au mulți electroni liberi, și izolatori, care practic nu au niciunul, semiconductorii conțin un număr mic de electroni liberi și așa-numitele găuri (cerc alb) - spații libere lăsate de electronii liberi. Atât găurile, cât și electronii conduc curentul electric.

tranzistor NPN

tranzistor PNP

Găurile se deplasează de la emițătorul pozitiv (+) la baza negativă (stratul N) și apoi prin colectorul pozitiv la borna negativă (-), amplificând curentul electric.

Ce este o diodă?

Într-o direcție da, în cealaltă - nu. Semnalul de intrare al diodei indică curent alternativ; Din graficul din dreapta puteți vedea că doar curentul continuu trece prin diodă.

Când electronii încărcați negativ (bile albastre) și găurile încărcate pozitiv (bile roz) se îndepărtează de joncțiunea straturilor de siliciu de tip N și tip P din diodă, curentul electric este întrerupt. În imaginea din dreapta jos, electronii și găurile se deplasează spre joncțiune și, ca urmare, dioda conduce curentul într-o singură direcție, transformând curentul alternativ în curent continuu.

Nu există nimic extraordinar de important sau interesant în acest articol, doar un răspuns la o întrebare simplă pentru „manichini”: care sunt principalele proprietăți care disting semiconductorii de metale și dielectrici?

Semiconductorii sunt materiale (cristale, materiale policristaline și amorfe, elemente sau compuși) cu existența unui band gap (între banda de conducție și banda de valență).

Semiconductorii electronici sunt cristale și substanțe amorfe care, din punct de vedere al conductivității electrice, ocupă o poziție intermediară între metale (σ = 10 4 ÷10 6 Ohm -1 cm -1) și dielectrice (σ = 10 -10 ÷10 -20 Ohm - 1 cm -1). Cu toate acestea, valorile limită date ale conductivității sunt foarte arbitrare.

Teoria benzilor face posibilă formularea unui criteriu care face posibilă împărțirea solidelor în două clase - metale și semiconductori (izolatori). Metalele se caracterizează prin prezența unor niveluri libere în banda de valență, către care electronii se pot deplasa, primind energie suplimentară, de exemplu, datorită accelerației într-un câmp electric. O trăsătură distinctivă a metalelor este că în starea lor fundamentală, neexcitată (la 0 K) au electroni de conducere, adică. electroni care participă la mișcarea ordonată sub influența unui câmp electric extern.

În semiconductori și izolatori la 0 K, banda de valență este complet populată, iar banda de conducere este separată de ea printr-o bandă interzisă și nu conține purtători. Prin urmare, un câmp electric nu prea puternic nu este capabil să întărească electronii aflați în banda de valență și să-i transfere în banda de conducție. Cu alte cuvinte, astfel de cristale la 0 K ar trebui să fie izolatori ideali. Când temperatura crește sau un astfel de cristal este iradiat, electronii pot absorbi cuante de energie termică sau radiantă suficiente pentru a se muta în banda de conducție. În timpul acestei tranziții, în banda de valență apar găuri, care pot participa și la transferul de energie electrică. Probabilitatea ca un electron să treacă din banda de valență în banda de conducție este proporțională cu ( -Eg/ kT), Unde Eg - latimea zonei interzise. Cu o valoare mare Eg (2-3 eV) această probabilitate se dovedește a fi foarte mică.

Astfel, împărțirea substanțelor în metale și nemetale are o bază foarte definită. În schimb, împărțirea nemetalelor în semiconductori și dielectrici nu are o astfel de bază și este pur condiționată.

Anterior, se credea că substanțele cu o bandă interzisă ar putea fi clasificate ca dielectrice Eg≈ 2÷3 eV, dar mai târziu s-a dovedit că mulți dintre ei sunt semiconductori tipici. Mai mult, s-a demonstrat că, în funcție de concentrația de impurități sau de atomi în exces (peste compoziția stoechiometrică) ai uneia dintre componente, același cristal poate fi atât semiconductor, cât și izolator. Acest lucru se aplică, de exemplu, cristalelor de diamant, oxid de zinc, nitrură de galiu etc. Chiar și astfel de dielectrici tipici, cum ar fi titanații de bariu și stronțiu, precum și rutilul, la reducerea parțială, dobândesc proprietățile semiconductoarelor, care sunt asociate cu apariția excesului de atomi de metal în ele.

Împărțirea nemetalelor în semiconductori și dielectrici are și o anumită semnificație, întrucât se cunosc o serie de cristale a căror conductivitate electronică nu poate fi crescută semnificativ nici prin introducerea de impurități, nici prin iluminare sau încălzire. Acest lucru se datorează fie duratei de viață foarte scurte a fotoelectronilor, fie existenței unor capcane adânci în cristale, fie mobilității foarte scăzute a electronilor, adică. cu o viteză extrem de mică a deplasării lor într-un câmp electric.

Conductivitatea electrică este proporțională cu concentrația n, sarcina e și mobilitatea purtătorilor de sarcină. Prin urmare, dependența de temperatură a conductivității diferitelor materiale este determinată de dependențele de temperatură ale parametrilor indicați. Pentru toți conductorii electronici încărcați e constantă și independentă de temperatură. În majoritatea materialelor, valoarea mobilității scade de obicei ușor odată cu creșterea temperaturii din cauza creșterii intensității coliziunilor între electroni și fononi în mișcare, de exemplu. datorită împrăștierii electronilor prin vibrațiile rețelei cristaline. Prin urmare, comportamentul diferit al metalelor, semiconductorilor și dielectricilor este asociat în principal cu concentrația purtătorului de sarcină și dependența acestuia de temperatură:

1) în metale, concentrația purtătorilor de sarcină n este mare și variază ușor cu schimbările de temperatură. Variabila inclusă în ecuația pentru conductivitatea electrică este mobilitatea. Și deoarece mobilitatea scade ușor odată cu temperatura, conductivitatea electrică scade și ea;

2) în semiconductori și dielectrici n de obicei crește exponențial cu temperatura. Această creștere rapidă n aduce cea mai semnificativă contribuție la modificările conductivității decât o scădere a mobilității. Prin urmare, conductivitatea electrică crește rapid odată cu creșterea temperaturii. În acest sens, dielectricii pot fi considerați ca un anumit caz limitativ, deoarece la temperaturi obișnuite valoarea nîn aceste substanţe este extrem de mic. La temperaturi ridicate, conductivitatea dielectricilor individuali atinge nivelul semiconductorului datorită creșterii n. Se observă și contrariul - la temperaturi scăzute, unii semiconductori devin izolatori.

Referințe

1. West A. Chimia solidelor. Partea 2 Per. din engleză - M.: Mir, 1988. - 336 p.
2. Cristalografia modernă. T.4. Proprietățile fizice ale cristalelor. - M.: Nauka, 1981.

Elevii grupei 501 a Facultății de Chimie: Bezzubov S.I., Vorobyova N.A., Efimov A.A.

Alături de conductorii de electricitate, există multe substanțe în natură care au o conductivitate electrică semnificativ mai mică decât conductorii metalici. Substanțele de acest fel se numesc semiconductori.

Semiconductorii includ: unele elemente chimice, cum ar fi seleniu, siliciu și germaniu, compuși ai sulfului, cum ar fi sulfura de taliu, sulfura de cadmiu, sulfura de argint, carburi, cum ar fi carborundum,carbon (diamant),bor, staniu gri, fosfor, antimoniu, arsen, telur, iod și o serie de compuși care includ cel puțin unul dintre elementele grupelor 4-7 ale sistemului periodic. Există și semiconductori organici.

Natura conductibilității electrice a unui semiconductor depinde de tipul de impurități prezente în materialul de bază al semiconductorului și de tehnologia de fabricație a componentelor acestuia.

Un semiconductor este o substanță cu 10 -10 - 10 4 (ohm x cm) -1, care, conform acestor proprietăți, se află între un conductor și un izolator. Diferența dintre conductori, semiconductori și izolatori conform teoriei benzilor este următoarea: în semiconductori puri și izolatori electronici, există un decalaj de energie între banda umplută (valență) și banda de conducție.

De ce conduc semiconductorii curentul?

Un semiconductor are conductivitate electronică dacă electronii exteriori din atomii săi de impurități sunt legați relativ slab de nucleele acestor atomi. Dacă într-un semiconductor de acest fel se creează un câmp electric, atunci, sub influența forțelor acestui câmp, electronii exteriori ai atomilor de impurități ai semiconductorului vor părăsi limitele atomilor lor și se vor transforma în electroni liberi.

Electronii liberi vor crea un curent de conducere electrică în semiconductor sub influența forțelor câmpului electric. În consecință, natura curentului electric în semiconductori cu conductivitate electronică este aceeași ca și în conductorii metalici. Dar, deoarece există de multe ori mai puțini electroni liberi într-o unitate de volum a unui semiconductor decât într-o unitate de volum a unui conductor metalic, este firesc ca, în toate celelalte condiții identice, curentul într-un semiconductor să fie de multe ori mai mic decât într-un conductor metalic.

Un semiconductor are conductivitate „găuri” dacă atomii săi de impurități nu numai că nu renunță la electronii lor exteriori, ci, dimpotrivă, tind să capteze electroni din atomii substanței principale a semiconductorului. Dacă un atom de impuritate ia un electron dintr-un atom al substanței principale, atunci în acesta din urmă se formează ceva ca un spațiu liber pentru un electron - o „găură”.

Un atom semiconductor care a pierdut un electron se numește „gaură de electroni” sau pur și simplu „gaură”. Dacă „gaura” este umplută cu un electron transferat de la un atom vecin, atunci acesta este eliminat, iar atomul devine neutru din punct de vedere electric, iar „gaura” este deplasată către atomul vecin care a pierdut electronul. În consecință, dacă un semiconductor cu conductivitate „găuri” este expus unui câmp electric, atunci „găurile de electroni” se vor deplasa în direcția acestui câmp.

Părtinire „găurile de electroni” în direcția câmpului electric este similară cu mișcarea sarcinilor electrice pozitive în câmp și, prin urmare, reprezintă fenomenul curentului electric într-un semiconductor.

Semiconductorii nu pot fi distinși strict prin mecanismul conductivității lor electrice, deoarece, împreună cuCu conductivitate „găuri”, un anumit semiconductor poate, într-o măsură sau alta, să aibă și conductivitate electronică.

Semiconductorii se caracterizează prin:

tip de conductivitate (electronică - tip n, gaură - tip p);

rezistivitate;

durata de viață a purtătorilor de sarcină (minoritare) sau lungimea difuziei, rata de recombinare a suprafeței;

densitatea de dislocare.

Siliciul este cel mai comun material semiconductor

Temperatura are o influență semnificativă asupra caracteristicilor semiconductorilor. O creștere a acestuia duce în mod predominant la o scădere a rezistivității și invers, adică semiconductorii sunt caracterizați de prezența unui negativ. . Aproape de zero absolut, un semiconductor devine un izolator.

Semiconductorii stau la baza multor dispozitive. În cele mai multe cazuri, acestea trebuie obținute sub formă de monocristale. Pentru a conferi proprietăți specificate, semiconductorii sunt dopați cu diverse impurități. Se impun cerințe sporite purității materialelor semiconductoare sursă.

Semiconductorii au găsit cea mai largă aplicație în tehnologia modernă, au avut o influență foarte puternică asupra progresului tehnic. Datorită acestora, este posibilă reducerea semnificativă a greutății și dimensiunilor dispozitivelor electronice. Dezvoltarea tuturor domeniilor electronicii duce la crearea și îmbunătățirea unui număr mare de echipamente diverse bazate pe dispozitive semiconductoare. Dispozitivele semiconductoare servesc ca bază pentru microcelule, micromodule, circuite în stare solidă etc.

Dispozitivele electronice bazate pe dispozitive semiconductoare sunt practic lipsite de inerție. Un dispozitiv semiconductor construit cu grijă și bine etanșat poate dura zeci de mii de ore. Cu toate acestea, unele materiale semiconductoare au o limită de temperatură scăzută (de exemplu, germaniu), dar compensarea temperaturii nu foarte complexă sau înlocuirea materialului principal al dispozitivului cu altul (de exemplu, siliciu, carbură de siliciu) elimină în mare măsură acest dezavantaj. Îmbunătățirea tehnologiei de fabricație a dispozitivelor semiconductoare duce la o reducere a dispersiei existente și la instabilitatea parametrilor.

Contactul semiconductor-metal și joncțiunea electron-gaură (joncțiunea n-p) create în semiconductori sunt utilizate la fabricarea diodelor semiconductoare. Joncțiuni duble (p-n-p sau n-p-n) - tranzistoare și tiristoare. Aceste dispozitive sunt utilizate în principal pentru rectificarea, generarea și amplificarea semnalelor electrice.

Pe baza proprietăților fotoelectrice ale semiconductorilor, sunt create fotorezistoare, fotodiode și fototranzistoare. Semiconductorul servește ca parte activă a generatoarelor de oscilații (amplificatoare). Când curentul electric este trecut printr-o joncțiune pn în direcția înainte, purtătorii de sarcină - electroni și găuri - se recombină cu emisia de fotoni, care este folosit pentru a crea LED-uri.

Proprietățile termoelectrice ale semiconductorilor au făcut posibilă crearea rezistențelor termice semiconductoare, termoelementelor semiconductoare, termopilele și generatoarele termoelectrice și răcirea termoelectrică a semiconductorilor, pe baza efectului Peltier, - frigidere termoelectrice și termostabilizatoare.

Semiconductorii sunt utilizați în convertoarele fără mașini de energie termică și solară în energie electrică - generatoare termoelectrice și convertoare fotoelectrice (baterii solare).

Solicitarea mecanică aplicată unui semiconductor îi modifică rezistența electrică (efectul este mai puternic decât în ​​metale), care a stat la baza extensometrului semiconductorului.

Dispozitivele semiconductoare au devenit larg răspândite în practica mondială, revoluționând electronica, ele servesc drept bază pentru dezvoltarea și producerea:

echipamente de masura, calculatoare,

echipamente pentru toate tipurile de comunicații și transport,

pentru automatizarea proceselor în industrie,

dispozitive pentru cercetare științifică,

rachete,

echipament medical

alte dispozitive și instrumente electronice.

Utilizarea dispozitivelor semiconductoare face posibilă crearea de noi echipamente și îmbunătățirea celor vechi, ceea ce înseamnă o reducere a dimensiunilor sale, a greutății, a consumului de energie și, prin urmare, o scădere a generării de căldură în circuit, o creștere a rezistenței, disponibilitatea imediată pentru acțiune și poate crește durata de viață și fiabilitatea dispozitivelor electronice.

Semiconductorii și-au primit numele deoarece ocupă o poziție intermediară între conductori (metale, electroliți etc.), care au o conductivitate electrică ridicată, și izolatori (porțelan, mică, cauciuc și altele), care nu au aproape conductivitate.

Dacă comparăm densitatea specifică în Ohm × cm pentru diferite substanțe, rezultă că conductorii au: ρ U= 10 -6 - 10 -3 Ohm × cm; rezistivitatea semiconductorilor: ρ U= 10 -3 - 10 8 Ohm × cm; și y: ρ U= 10 8 - 10 20 Ohm × cm Semiconductorii includ: oxizi metalici - oxizi (Al 2 O 3, Cu 2 O, ZnO, TiO 2, VO 2, WO 2, MoO 3); compuși ai sulfului - sulfuri (Cu 2 S, Ag 2 S, ZnS, CdS, HgS); compuși cu seleniu - selenide; compuși cu telur - telururi; unele aliaje (MgSb 2, ZnSb, Mg 2 Sb, CdSb, AlSb, ClSb); elemente chimice - germaniu, siliciu, teluriu, seleniu, bor, carbon, sulf, fosfor, arsen, precum și un număr mare de compuși complecși (galenă, carborundum și alții).

Figura 1. Germaniu

Figura 2. Siliciu

Figura 3. Telur

Un studiu complet și amplu al proprietăților semiconductorilor a fost efectuat de omul de știință sovietic A.F. Ioffe și colegii săi.

Proprietățile electrice ale semiconductorilor diferă mult de proprietățile conductorilor și izolatorilor. Conductivitatea electrică a conductorilor depinde în mare măsură de temperatură, iluminare, prezența și intensitatea câmpului electric și cantitatea de impurități. La temperaturi obișnuite, semiconductorii conțin un anumit număr de electroni liberi care rezultă din ruperea legăturilor electronice. Există două tipuri de semiconductori: electron și gaură. Purtătorii de sarcină din semiconductori cu conducție electronică sunt electroni liberi, iar cu conducție prin gaură sunt legături lipsite de electroni.

Luați în considerare următorul experiment. Să luăm și să încălzim un capăt al acestuia, apoi capătul încălzit al conductorului va primi o sarcină pozitivă. Acest lucru se explică prin mișcarea electronilor de la capătul fierbinte la capătul rece, rezultând o lipsă de electroni la capătul fierbinte al conductorului (sarcină pozitivă) și un exces de electroni la capătul rece (sarcină negativă). Fluxul de curent pe termen scurt printr-un conductor a fost cauzat de mișcarea electronilor de la un capăt la celălalt al conductorului. Astfel, aici vorbim despre un conductor cu conductivitate electronică. Cu toate acestea, există substanțe care se comportă diferit în timpul unui astfel de experiment: marginea încălzită a unei astfel de substanțe primește o sarcină negativă, iar marginea rece primește o sarcină pozitivă. Acest lucru este posibil dacă presupunem că transferul de curent este efectuat de sarcini pozitive.

Figura 4. Legătura dintre atomii unei substanțe

Figura 5. Conductivitatea intrinsecă a semiconductorilor

Figura 6. Conductivitatea electronică a unui semiconductor

Figura 7. Conductivitatea orificiului unui semiconductor

Să ne familiarizăm cu un alt tip de conductivitate în semiconductori - conductivitatea găurii. În semiconductori puri, toți electronii legați slab de nuclee participă la legăturile electronice. În figura 4, O legătura umplută dintre atomii substanței este prezentată în mod convențional. O „gaură” este un element al rețelei cristaline a unei substanțe care și-a pierdut un electron, ceea ce corespunde apariției unei sarcini pozitive (Figura 4, b).

O legătură eliberată poate fi umplută din nou dacă „gaura” captează un electron dintr-o legătură învecinată (Figura 4, V). Acest lucru va face ca „gaura” să se mute într-o nouă locație. Într-o substanță semiconductoare în condiții normale, direcția de emisie de electroni și locația formării „găurii” sunt haotice. Dacă se aplică o tensiune constantă unui semiconductor pur, atunci electronii și „găurile” se vor mișca (primul împotriva direcției forțelor câmpului, al doilea în direcția opusă). Dacă numărul de „găuri” formate este egal cu numărul de electroni eliberați, atunci, așa cum este cazul semiconductorilor puri, conductivitatea semiconductorilor este scăzută (conductivitate intrinsecă). Prezența chiar și a unei cantități mici de impurități străine poate schimba mecanismul conductivității electrice: faceți-l electronic sau orificiu. Să ne uităm la un exemplu concret. Să luăm germaniul (Ge) ca semiconductor. Într-un cristal de germaniu, fiecare atom este legat de alți patru atomi. Când temperatura crește sau ca urmare a iradierii, legăturile de pereche ale cristalului pot fi rupte. În acest caz, se formează un număr egal de electroni și „găuri” (Figura 5).

Să adăugăm arsenic la germaniu ca impuritate. O astfel de impuritate are un număr mare de electroni slab legați. Atomii de impurități au propriul nivel de energie, situat între nivelurile de energie ale benzilor libere și pline, mai aproape de aceasta din urmă (Figura 6). Astfel de impurități își renunță electronii către zona liberă și sunt numite impurități donatoare. Semiconductorul va avea electroni liberi, în timp ce toate legăturile vor fi umplute. Semiconductorul va avea conductivitate electronică în banda liberă.

Dacă acum indiul, mai degrabă decât arsenul, este adăugat ca impuritate la germaniu, se va întâmpla următoarele. O astfel de impuritate are un număr mic de electroni legați slab, iar nivelul de energie al impurității este situat între nivelurile de energie ale benzilor libere și pline, mai aproape de banda liberă (Figura 7). Impuritățile de acest fel acceptă electroni în zona lor dintr-o zonă plină adiacentă și sunt numite impurități acceptoare. În semiconductor vor exista legături neumplute - „găuri” în absența electronilor liberi. Semiconductorul va avea conductivitate în găuri în banda umplută.

Acum, experiența încălzirii unui semiconductor va deveni clară, când capătul încălzit a primit o sarcină negativă, iar capătul rece a primit o sarcină pozitivă. Sub influența căldurii, legăturile de la capătul fierbinte vor începe să se rupă, creând „găuri” și electroni liberi. Dacă semiconductorul conține impurități, atunci „găurile” vor începe să se deplaseze la capătul rece, încărcându-l pozitiv, iar capătul încălzit al semiconductorului va deveni încărcat negativ.

Încheind considerația noastră despre semiconductori, tragem următoarea concluzie.

Prin adăugarea de impurități la un semiconductor, se poate da acestuia o conductivitate electronică predominantă sau de găuri. Pe baza acesteia, se obțin următoarele tipuri de semiconductori. Semiconductorii cu conductivitate electronică se numesc semiconductori n-tip (negativ), și cu conductivitate în găuri - p-tip (pozitiv).

De asemenea, vă invităm să vizionați videoclipuri educaționale despre semiconductori:

List=PL_QCOTUIndSFabWcR3t0wYp5IORVEHu3I