Електричний струм у напівпровідниках

ЗАПИТАННЯ: 1.Класифікація речовин по провідності 2.Власна провідність напівпровідників 3.Домішкова провідність напівпровідників 4.p-n перехід і його властивості 5.Напівпровідниковий діод і його застосування 6.Запитання для контролю

Класифікація речовин по провідності Запитання 1

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

Згадаємо, що провідність речовин зумовлена наявністю в них вільних заряджених частинок Наприклад, в металах це вільні електрони Згадайте і поясніть характер провідності металів і її залежність від температури

Власна провідність напівпровідників Запитання 2

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 віртуальних частинок - дірок При збільшенні температури росте число вільних носіїв заряду, провідність напівпровідників росте, опір зменшується R (Ом) t ( 0 C) R0R0 метал напівпровідник Поясніть графіки залежності опору металів і напівпровідників від температури

Домішкова провідність напівпровідників Запитання 3

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 легуванні 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 кремній легувати трьохвалентним індієм, 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 Поясніть, як змінюється кількість неосновних носіїв заряду в домішковому напівпровіднику при збільшенні температури

p - n перехід і його електричні властивості Запитання 4

Розглянемо електричний контакт двох напівпровідників p і n типу, що називається p-n переходом + _ 1. Пряме включення 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

І так, основна властивість p-n переходу полягає в його односторонній провідності Вольт-амперна характеристика p-n переходу (ВАХ) I (A) U (В) Поясніть на основі будови напівпровідників і властивостей p- n переходу графік залежності сили струму від напруги (ВАХ) переходу

Напівпровідниковий діод і його застосування Запитання 5

Напівпровідниковий діод – це p-n перехід, поміщений в корпус Позначення напівпровідникового діода на схемах Вольт-амперна характеристика напівпровідникового діода (ВАХ) I (A) U (В) Основна властивість діода – його одностороння електрична провідність

Застосування напівпровідникових діодів Випрямляння змінного струму Детектування електричних сигналів Стабілізація струму і напруги Передавання і приймання сигналів Інші застосування

До діодаПісля діода Після конденсатора На навантаженні Схема однопівперіодного випрямляча Які недоліки випрямляча на одному діоді

Схема двохпівперіодного випрямляча (мостова) вхід вихід В чому переваги двохпівперіодного випрямляча + - ~

Запитання для контролю Запитання 6

1.Поясніть характер провідності напівпровідників р-типу 2.Поясніть характер провідності напівпровідників n-типу 3.На основі будови напівпровідника поясніть залежність його опору від температури 4.Для чого легують чисті напівпровідники 5.Як, маючи джерело струму і лампочку, провірити справність напівпровідникового діода 6.Поясніть принцип випрямлення змінного струму з допомогою напівпровідникового діода 7.Розкажіть про основні застосування напівпровідникових діодів Запитання для повторення