Електропровідність напівпровідників. Електронно – дірковий перехід. Напівпровідниковий діод Мета: - сформувати уявлення про вільні носії електричного заряду в напівпровідниках і про природу електричного струму в напівпровідниках. - Розвивати увагу, пам´ять учнів. - Виховувати наполегливість, активність, самостійність

Актуалізація знань: 1. Що називається електричним струмом? 2. Які потрібні умови для існування електричного струму? 3. Які речовини називаються провідниками? 4. Які речовини називаються діелектриками?

Різні речовини мають різні електричні властивості, але по електричній провідності їх можна поділити на 3 основні групи: Електричні властивості речовин ПровідникиНапівпровідникиДіелектрики Добре проводять електричний струм До них відносяться метали, електроліти, плазма … Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Добре проводять електричний струм До них відносяться метали, електроліти, плазма … Найбільше використовуються провідники – Au, Ag, Cu, Al, Fe … Практично не проводять електричний струм До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір … Практично не проводять електричний струм До них відносяться пластмаси, гума, скло, фарфор, сухе дерево, папір … Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками Si, Ge, Se, In, As Займають по провідності проміжне положення між провідниками і діелектриками Si, Ge, Se, In, As

Розглянемо провідність напівпровідників на основі кремнію Si Si Кремній – 4 валентний хімічний елемент. Кожен атом має на зовнішньому електронному шарі по 4 електрони, які використовуються для утворення парноелектронних (ковалентних) звязків з 4 сусідніми атомами При звичайних умовах (невисоких температурах) в напівпровідниках вільні заряджені частинки відсутні, тому напівпровідник не проводить електричний струм

Розглянемо зміни в напівпровіднику при збільшенні температури Si вільний електрон дірка + + При збільшенні температури енергія електронів збільшується і деякі із них покидають звязки, стають вільними електронами. На їх місці залишаються некомпенсовані електричні заряди (віртуальні заряджені частинки), що називаються дірками Під дією електричного поля електрони і дірки починають упорядкований (зустрічний) рух, утворюючи електричний струм - -

Таким чином, електричний струм в напівпровідниках являє собою упорядкований рух вільних електронів і позитивних частинок - дірок При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується R (Ом) t ( 0 C) R0R0 метал напівпровідник

Власна провідність напівпровідників явно недостатня для технічного застосування напівпровідників Тому для збільшення провідності в чисті напівпровідники вносять домішки (легують), які бувають донорні і акцепторні Донорні домішки Si As Si При додаванні 4 – валентного кремнію Si 5 – валентним мишяком As, один із 5 електронів мишяку стає вільним Таким чином змінюючи концентрацію мишяку, можна в широких межах змінювати провідність кремнію Такий напівпровідник називається напівпровідником n-типу, основними носіями заряду являються електрони, а домішка мишяку, що дає вільні електрони, називається донорною - -

Акцепторні домішки Якщо до кремнію додати трьохвалентний індій, то для утворення звязків з кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка Si In Si Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду являються дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною - -

І так, існує 2 типи напівпровідників, що мають велике практичне застосування: р-типу n-типу Основні носії заряду - дірки Основні носії заряду - електрони + - Крім основних носіїв в напівпровіднику існує дуже мала кількість неосновних носіїв заряду (в напівпровіднику p-типу це електрони, а в напівпровіднику n- типу це дірки), кількість яких росте при збільшенні температур

Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що називається p-n переходом + _ Струм через p-n перехід тече за рахунок основних носіїв заряду (дірки рухаються вправо, електрони – вліво) Опір переходу малий, струм великий. Таке включення називається прямим, в прямому напрямі p-n перехід добре проводить електричний струм рn

+ _ 2. Зворотне включення Основні носії заряду не проходять через p-n перехід Опір переходу великий, струм практично відсутній Таке включення називається зворотнім, в зворотному напрямку p-n перехід практично не проводить електричного струму рn Запираючий шар

1. Як виникає електричний струм у напівпровідниках? 2. Які домішки називаються донорними? 3. Які домішки називають акцепторними? 4. Як ви розумієте поняття однобічної провідності напівпровідника? Запитання для повторення