Проводимость полупроводников. Полупроводниковые соединения. Электронная и дырочная проводимость. Доноры и акцепторы. Полупроводники N-типа и P-типа.
Полупроводник – это вещество (обычно твердый химический элемент или соединение), которое может проводить электричество при определенных условиях. Его проводимость варьируется в зависимости от полярности приложенного напряжения, от температуры, от примеси (легирование) или от интенсивности облучения инфракрасным, ультрафиолетовым или видимым светом. Это такие элементарные полупроводники, как германий, кремний, сурьма, мышьяк, селен, теллур и многие другие. Кремний является наиболее известным из них и является основой для большинства интегральных схем. Полупроводниковые соединения включают арсенид галлия, антимонид индия и оксиды большинства металлов. Арсенид галлия, например, широко используется в устройствах с низким уровнем шумов для усиления слабых сигналов. Полупроводники оказали огромное влияние на наше общество. Вы обнаружите полупроводники везде – в радиоприемниках, телевизорах, компьютерах, смартфонах и в другой микропроцессорной технике.
Кремний – очень распространенный элемент. Например, он является основным компонентом песка и кварца. Если вы поищете кремний в периодической таблице, вы обнаружите его под 14-м номером, – он сидит между алюминием и фосфором.
Кремний (также как и германий) обладает уникальным свойством своей электронной структуры – он имеет четыре электрона на своей внешней орбите. Четыре электрона образуют совершенные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами, создавая решетку – поэтому они не могут свободно двигаться. Чистый кристалл кремния почти идеальный изолятор. Но все это можно изменить через процесс, называемый легированием.
При легировании в кристалл кремния добавляется небольшое количество примеси.
Существует два типа примесей:
N-тип. В легировании N-типа в кремний добавляют в небольших количествах фосфор или мышьяк. Фосфор и мышьяк имеют пять внешних электронов, поэтому всем не находится места, когда они попадают в решетку кремния. Пятый электрон остается лишним и может свободно передвигаться. Для создания достаточного количества свободных электронов требуется очень небольшое количество примеси, чтобы через кремний мог протекать электрический ток. Легированный кремний N-типа является хорошим проводником. Электроны имеют отрицательный заряд, отсюда и название – полупроводник N-типа.
P-тип. В легировании P-типа легирующей примесью является бор или галлий. Бор и галлий имеют только три внешних электрона. При попадании в решетку кремния они образуют пустые места или «дырки» в решетке. Отсутствие одного электрона создает эффект положительно заряженного атома, поэтому и полупроводник P-типа.
«Дырки» могут создавать ток. Каким образом? «Дырка» замещается электроном от соседнего атома, в котором вместо электрона возникает пустое место, которое вновь может быть замещено электроном. Таким образом «дырка» перемещается между атомами полупроводника P-типа. Легированный кремний типа P также является хорошим проводником.
Минимальное количество примеси N-типа или P-типа превращает кристалл кремния из хорошего изолятора в жизнеспособный проводник – отсюда и название «полупроводник».
Полупроводники N-типа и P-типа не настолько интересны сами по себе, но когда вы их объединяете, вы получаете очень интересное явление на их стыке. Это то, что происходит в полупроводниковом диоде. Но об этом – в следующих статьях.
Кремний (также как и германий) обладает уникальным свойством своей электронной структуры – он имеет четыре электрона на своей внешней орбите. Четыре электрона образуют совершенные ковалентные связи с четырьмя соседними атомами, создавая решетку – поэтому они не могут свободно двигаться. Чистый кристалл кремния почти идеальный изолятор. Но все это можно изменить через процесс, называемый легированием.
При легировании в кристалл кремния добавляется небольшое количество примеси.
Существует два типа примесей:
P-тип. В легировании P-типа легирующей примесью является бор или галлий. Бор и галлий имеют только три внешних электрона. При попадании в решетку кремния они образуют пустые места или «дырки» в решетке. Отсутствие одного электрона создает эффект положительно заряженного атома, поэтому и полупроводник P-типа.
«Дырки» могут создавать ток. Каким образом? «Дырка» замещается электроном от соседнего атома, в котором вместо электрона возникает пустое место, которое вновь может быть замещено электроном. Таким образом «дырка» перемещается между атомами полупроводника P-типа. Легированный кремний типа P также является хорошим проводником.
Минимальное количество примеси N-типа или P-типа превращает кристалл кремния из хорошего изолятора в жизнеспособный проводник – отсюда и название «полупроводник».
Полупроводники N-типа и P-типа не настолько интересны сами по себе, но когда вы их объединяете, вы получаете очень интересное явление на их стыке. Это то, что происходит в полупроводниковом диоде. Но об этом – в следующих статьях.
Комментариев нет:
Отправить комментарий