Електричний струм у напівпровідниках
Проблемні питання
Електричний струм – це напрямлений (упорядкований) рух частинок, які мають електричний заряд
Метали
Рідини
Гази
Напівпровідники
Вакуум
Які це частинки?
Напівпровідники
Класифікація речовин за електричним властивостям
Провідники
Діелектрики
Напівпровідники
Напівпровідники
Напівпровідники – це речовини, значення електропровідності яких лежить в межах між провідностями провідників та діелектриків
Напівпровідники
Властивості напівпровідників:
1) Питомий опір напівпровідників зазвичай зменшується з підвищенням температури
Напівпровідники
Властивості напівпровідників:
1) Питомий опір напівпровідників зазвичай зменшується з підвищенням температури
2) Питомий опір більшості напівпровідників зменшується зі збільшенням освітленості
3) Різко зменшити питомий опір напівпровідників може введення домішок
Власна провідність напівпровідників
Кристал германію
Власна провідність напівпровідників
Атом германію (чотиривалентний)
Власна провідність напівпровідників
Ковалентний зв’язок – це хімічний зв’язок, який утворюється за рахунок спільних електронних пар
Власна провідність напівпровідників
У темноті й за низьких температур, ковалентні зв'язки германію досить міцні, і він є діелектриком
Власна провідність напівпровідників
Позитивний йон
Дірка
Електронна провідність – це провідність напівпровідників, зумовлена наявністю в них вільних електронів
Дірка – це вакантне місце з відсутнім електроном в ковалентному зв'язку
Власна провідність напівпровідників
Діркова провідність – це провідність напівпровідників, зумовлену переміщенням дірок
Дірка – квазічастинка
(лат. «quas(i)» – щось на зразок) носій позитивного заряду, рівного елементарному заряду, в напівпровідниках
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Власна провідність напівпровідників
Власна провідність напівпровідників – це провідність, зумовлена рухом вільних електронів та дірок в чистому напівпровіднику
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Чи впливають на провідність напівпровідників домішки?
Провідність напівпровідників з домішками
Домішкова провідність напівпровідника – це провідність, зумовлена наявністю домішок в напівпровіднику
Напівпровідниковий шар ZnSe товщиною 100 нм
Провідність напівпровідників з домішками
Донорні домішки
(від латин. donare – дарувати, жертвувати) – це домішки, атоми яких відносно легко віддають електрони
Напівпровідники n-типу (від латин. negativus – негативний) – це напівпровідники з переважно електронною провідністю
Провідність напівпровідників з домішками
Напівпровідниками p-типу (від латин, positivus – позитивний) – це напівпровідники з переважно дірковою провідністю
Акцепторні домішки
(від латин, acceptor – той, що приймає) – це домішки, атоми яких «запозичують» електрони
Електронно-дірковий перехід
n-типу
р-типу
Запірний шар
Електронно-дірковий перехід (p-n-перехід) – це ділянка контакту двох напівпровідників із різними типами провідності – дірковою (напівпровідник p-типу)
та електронною (напівпровідник n-типу)
Електронно-дірковий перехід
p-n-перехід
пряме ввімкнення
Заряд через p-n-перехід переноситимуть основні носії заряду (дірки з p-зони та електрони з n-зони)
Запірний шар звужується
n-типу
р-типу
Електронно-дірковий перехід
p-n-перехід
зворотне ввімкнення
Заряд через p-n-перехід переноситимуть неосновні носії заряду (електрони з p-зони та дірки з n-зони)
Запірний шар стає більш широким
n-типу
р-типу
Електронно-дірковий перехід
Зворотний струм
Прямий струм
p-n-перехід має однобічну провідність
Приклади напівпровідникових пристроїв
Напівпровідниковий діод – це пристрій, що містить p-n-перехід і здатен пропускати струм в одному напрямку та не пропускати в протилежному
Приклади напівпровідникових пристроїв
Термо- і фоторезистори – це прилади, дія яких ґрунтується на використанні залежності опору напівпровідників від температури (освітленості).
Приклади напівпровідникових пристроїв
Транзистор – це напівпровідниковий елемент електронних схем із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими
Приклади напівпровідникових пристроїв
Світлодіод (англ. LED – light-emitting diode) – це напівпровідниковий пристрій, що випромінює світло, коли через нього проходить електричний струм
Приклади напівпровідникових пристроїв
Інтегральна мікросхема – мініатюрний мікроелектронний виріб, елементи якого нерозривно зв’язані конструктивно, технологічно та електрично
Розв'язування задач
1. Щоб дістати домішкову провідність потрібного типу, в напівпровідниковій техніці часто застосовують фосфор, галій, миш’як, індій та сурму. Який з цих елементів можна ввести в германій як домішку, щоб мати електронну провідність?
Розв'язування задач
2. Доведіть, що сполука InAs (арсенід індію), в якій кількості речовини (в молях) індію та миш’яку однакові, матиме провідність типу власної провідності елементів четвертої групи (Ge, Si). Якого типу буде провідність, якщо збільшити концентрацію індію? миш’яку?
Розв'язування задач
3. На рисунку наведено схему прямого ввімкнення напівпровідника з
р-n-переходом у коло постійного струму. Якою є полярність підключення джерела струму до клем А і В?
Розв'язування задач
4. До кінців кола, що складається з послідовно ввімкнених термістора та резистора опором 1 кОм, подали напругу 20 В. При кімнатній температурі сила струму в колі була 5 мА. Коли термістор занурили у гарячу воду, сила струму стала 10 мА. У скільки разів змінився опір термістора?
Розв'язування задач
5. Знайдіть загальну силу струму в ділянці кола під час протікання струму:
1) від А до В; 2) від В до А. Діод є ідеальним, всі резистори мають однаковий опір 2 Ом, напруга, підведена до ділянки кола, 36 В.
Запитання для фронтального опитування
1. Якими є основні властивості напівпровідників?
2. Поясніть механізм власної провідності напівпровідників.
3. Як зміниться опір чистого напівпровідника, якщо додати домішку?
Запитання для фронтального опитування
4. Яку домішку називають донорною?
5. Яку домішку потрібно ввести, щоб одержати напівпровідник р-типу?
6. Як можна виготовити кристал із електронно-дірковим переходом?
Запитання для фронтального опитування
7. Чому напівпровідниковий кристал із
p-n-переходом має однобічну провідність?
8. Що таке напівпровідниковий діод? Наведіть його позначення на електричній схемі.