Электрический ток в полупроводниках

переход и его свойства
Полупроводниковый диод и его применение
Вопросы для контроля

свойства, однако по электрической проводимости их можно разделить на 3

основные группы:

Электрические
свойства веществ

Проводники

Полупроводники

Диэлектрики

Хорошо проводят электрический ток
К ним относятся металлы, электролиты, плазма …
Наиболее используемые проводники – Au, Ag, Cu, Al, Fe …

Практически не проводят электрический ток
К ним относятся пластмассы, резина, стекло, фарфор, сухое дерево, бумага …

Занимают по проводимости промежуточное положение между проводниками и диэлектриками
Si, Ge, Se, In, As

наличием в них свободных заряженных частиц
Например, в металлах это свободные

электроны

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

Вспомните и объясните характер проводимости металлов и его зависимость от температуры

кремния Si
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
-
-
Кремний – 4 валентный химический элемент. Каждый атом

имеет во внешнем электронном слое по 4 электрона, которые используются для образования парноэлектронных (ковалентных) связей с 4 соседними атомами

При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток

увеличении температуры
Si
Si
Si
Si
Si
-
-
-
-
-
-
+
свободный электрон
дырка
+
+
При увеличении температуры энергия электронов увеличивается и

некоторые из них покидают связи, становясь свободными электронами. На их месте остаются некомпенсированные электрические заряды (виртуальные заряженные частицы), называемые дырками

Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток

-

-

полупроводниках представляет собой упорядоченное движение свободных электронов и положительных виртуальных

частиц - дырок

При увеличении температуры растет число свободных носителей заряда, проводимость полупроводников растет, сопротивление уменьшается

R (Ом)

t (0C)

R0

металл

полупроводник

Объясните графики зависимости сопротивления металлов и полупроводников от температуры

Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси

(легируют) , которые бывают донорные и акцепторные

Донорные примеси

Si

Si

As

Si

Si

-

-

-

-

-

-

-

При легировании 4 – валентного кремния Si 5 – валентным мышьяком As, один из 5 электронов мышьяка становится свободным
Таким образом изменяя концентрацию мышьяка, можно в широких пределах изменять проводимость кремния

Такой полупроводник называется полупроводником n – типа, основными носителями заряда являются электроны, а примесь мышьяка, дающая свободные электроны, называется донорной

Примесная проводимость полупроводников

-

-

трехвалентным индием, то для образования связей с кремнием у индия

не хватает одного электрона, т.е. образуется дырка

Si

Si

In

Si

Si

-

-

-

-

-

+

Изменяя концентрацию индия, можно в широких пределах изменять проводимость кремния, создавая полупроводник с заданными электрическими свойствами

Такой полупроводник называется полупроводником p – типа, основными носителями заряда являются дырки, а примесь индия, дающая дырки, называется акцепторной

-

-

имеющих большое практическое применение:
р - типа
n - типа
Основные носители

заряда - дырки

Основные носители заряда - электроны

+

-

Помимо основных носителей в полупроводнике существует очень малое число неосновных носителей заряда ( в полупроводнике p – типа это электроны, а в полупроводнике n – типа это дырки), количество которых растет при увеличении температуры

Объясните, как изменяется количество неосновных носителей заряда в примесном полупроводнике при увеличении температуры

электрический контакт двух полупроводников p и n типа, называемый p

– n переходом

+

_

1. Прямое включение

+

+

+

+

-

-

-

-

Ток через p – n переход осуществляется основными носителями заряда (дырки двигаются вправо, электроны – влево)

Сопротивление перехода мало, ток велик.

Такое включение называется прямым, в прямом направлении p – n переход хорошо проводит электрический ток

р

n

включение
+
+
+
+
-
-
-
-
Основные носители заряда не проходят через p – n

переход

Сопротивление перехода велико, ток практически отсутствует

Такое включение называется обратным, в обратном направлении p – n переход практически не проводит электрический ток

р

n

Запирающий слой

основное свойство p – n перехода заключается в его односторонней

проводимости

Вольт – амперная характеристика p – n перехода (ВАХ)

I (A)

U (В)

Объясните на основе строения полупроводников и свойствах p – n перехода график зависимости силы тока от напряжения (ВАХ) перехода

это p – n переход, заключенный в корпус
Обозначение

полупроводникового диода на схемах

Вольт – амперная характеристика полупроводникового диода (ВАХ)

I (A)

U (В)

Основное свойство диода – его односторонняя электрическая проводимость

Выпрямление переменного тока
Детектирование электрических сигналов
Стабилизация тока и напряжения

Передача и прием сигналов

Прочие применения

Схема однополупериодного выпрямителя
Каковы недостатки выпрямителя на одном диоде

В чем преимущества двухполупериодного выпрямителя
+
-
~

типа
Объясните характер проводимости полупроводников n – типа
На основе строения полупроводника

объясните зависимость его сопротивления от температуры
Для чего легируют чистые полупроводники
Как, имея источник тока и лампочку, проверить исправность полупроводникового диода
Объясните принцип выпрямления переменного тока с помощью полупроводникового диода
Расскажите об основных применениях полупроводниковых диодов

Вопросы для повторения