Која е главната разлика помеѓу полупроводниците и проводниците. Полупроводник. n-тип, p-тип, елементи на нечистотија. Што е полупроводник

Познато е дека во супстанца сместена во електрично поле, кога е изложена на силите на ова поле, се формира движење на слободни електрони или јони во насока на силите на полето. Со други зборови, во супстанцијата се јавува електрична струја.

Својство кое ја одредува способноста на супстанцијата да спроведува електрична енергијасе нарекува „електрична спроводливост“. Електричната спроводливост е директно зависна од концентрацијата на наелектризираните честички: колку е поголема концентрацијата, толку е поголема електричната спроводливост.

Според ова својство, сите супстанции се поделени во 3 вида:

1. Диригенти.
2. Полупроводници.

Опис на проводници

Диригентите имаат највисока електрична спроводливостод сите видови супстанци. Сите проводници се поделени во две големи подгрупи:

• Метали(бакар, алуминиум, сребро) и нивните легури.
• Електролити (воден растворсоли, киселини).

Во супстанциите од првата подгрупа, само електроните се способни да се движат, бидејќи нивната врска со јадрата на атомите е слаба и затоа тие лесно се одвојуваат од нив. Бидејќи појавата на струја кај металите е поврзана со движењето на слободните електрони, типот на електрична спроводливост во нив се нарекува електронски.

Од проводниците од првата подгрупа, тие се користат во намотки на електрични машини, далноводи и жици. Важно е да се напомене дека електричната спроводливост на металите е под влијание на нејзината чистота и отсуството на нечистотии.

Во супстанциите од втората подгрупа, кога се изложени на раствор, молекулата се распаѓа на позитивни и негативни јони. Јоните се движат поради изложеност електрично поле. Потоа, кога струјата поминува низ електролитот, јоните се депонираат на електродата, која се спушта во овој електролит. Процесот кога супстанцијата се ослободува од електролит под влијание на електрична струја се нарекува електролиза. Процесот на електролиза обично се користи, на пример, кога се извлекува обоен метал од растворот на неговото соединение или кога се покрива металот со заштитен слој од други метали.

Опис на диелектриците

Диелектриците исто така најчесто се нарекуваат електрични изолациони супстанции.

Сите електрични изолациски супстанции ја имаат следната класификација:

• Во зависност од состојба на агрегацијадиелектриците можат да бидат течни, цврсти или гасовити.
• Во зависност од методите на производство - природни и синтетички.
• Во зависност од хемиски состав– органски и неоргански.
• Во зависност од структурата на молекулите - неутрални и поларни.

Тие вклучуваат гас (воздух, азот, гас SF6), минерално масло, каква било гума и керамичка супстанција. Овие супстанции се карактеризираат со способност да поларизација во електрично поле. Поларизација е формирање на полнежи со различни знаци на површината на супстанцијата.

Диелектриците содржат мал број слободни електрони, а електроните имаат силна врска со јадрата на атомите и ретко се одвојуваат од нив. Ова значи дека овие супстанции немаат способност да спроведат струја.

Ова својство е многу корисно во производството на производи кои се користат за заштита од електрична струја: диелектрични ракавици, душеци, чизми, изолатори за електрична опрема итн.

За полупроводниците

Полупроводникот делува како меѓупроводник и диелектрик. Најмногу истакнати претставнициОвој тип на супстанции се силициум, германиум, селен. Покрај тоа, овие супстанции обично се класифицираат како елементи од четвртата група на периодниот систем на Дмитриј Иванович Менделеев.

Полупроводниците имаат дополнителна „дупка“ спроводливост, покрај електронската спроводливост. Овој тип на спроводливост зависи од голем број фактори на животната средина, вклучувајќи светлина, температура, електрични и магнетни полиња.

Овие супстанции содржат слаби ковалентни врски. Кога се изложени на еден од надворешни факториврската се уништува, по што се формираат слободни електрони. Притоа, кога се одвојува електрон, во составот ковалентна врскаостанува слободна „дупка“. Слободните „дупки“ привлекуваат соседни електрони и така оваа акција може да се врши на неодредено време.

Спроводливоста на полупроводничките материи може да се зголеми со внесување на различни нечистотии во нив. Оваа техника е широко распространета во индустриската електроника: во диоди, транзистори, тиристори. Да ги разгледаме подетално главните разлики помеѓу проводниците и полупроводниците.

Која е разликата помеѓу проводник и полупроводник?

Главната разлика помеѓу проводникот и полупроводникот е неговата способност да спроведува електрична струја. За проводникот тоа е ред на големина повисок.

Кога вредноста на температурата се зголемува, спроводливоста на полупроводниците исто така се зголемува; Спроводливоста на проводниците станува помала како што се зголемува.

Во чисти проводници во нормални условиКога ќе помине струја, се ослободуваат многу поголем број електрони отколку кај полупроводниците. Во исто време, додавањето на нечистотии ја намалува спроводливоста на проводниците, но ја зголемува спроводливоста на полупроводниците.

Често, почетниците аматерски занаетчии (има и професионални електричари), при изведување работи за електрична инсталација, ја нарекуваат жица кабел и обратно. Вреди да се земе предвид дека ова се сосема различни производи со различни намени и карактеристики. За да се разбере како кабелот се разликува од жица, неопходно е да се прибегне кон проучување на ГОСТ и детално разгледување на вистинските разлики меѓу нив.

Кабли и нивна класификација

Кабел е едно јадро или група јадра со изолационен слој, кои се сплетени на одреден начин и затворени во една или повеќе обвивки. Тие можат да се инсталираат на фасадата на зградите, во воздухот на потпорите (столбовите), под земја, па дури и на дното на резервоарите (море).

Надворешната обвивка може да биде направена од различни материјали: вкрстено поврзан полиетилен, гума, па дури и легура на метали (оклоп) и други супстанции. Овој општ изолационен слој на кабелот е дизајниран да ги заштити јадрата од механички оштетувања, удари животната срединаи разни хемикалии.

Каблите се поделени во групи според примената. Се разликуваат следниве класи на овие производи:

1. Комуникациски кабел. Таквите производи се наменети за алармни системи (аларми) и жичени телекомуникации (фиксни телефонски комуникации);
2. Моќни производи. Оваа класа е дизајнирана да се движи електрична енергијаод изворот до крајниот потрошувач. Тие обично се поставуваат трајно, формирајќи различни типови на водови за пренос на енергија (PTL). Јадрата главно се направени од алуминиум и бакар. Тие се одликуваат со огромна разновидност на модели и долг работен век - до 40 години;
3. Монтажа на електрични кабли (контрола). Овие производи се неопходни за меѓууредна инсталација на електрични уреди. Проводниците обично се направени од бакарно соединение. Главната предност е висока отпорност на работа при покачени температури;
4. Контролен кабел. Овие производи се користат за осветлување и контролни кола во сложени механизми и машински алати. Максимален напон – 600V;
5. Оптички и RF опции. Таквите електрични кабли се користат за пренос на сигнали и енергија во утврдениот оптички опсег или на одредени радиофреквенции. Пример за употреба е интернетот, модерните телефонски комуникации, опремата за локација.

На забелешка.Понекогаш комуникациските кабли, оптичките и радиофреквентните аналози се класифицираат во една голема група - комуникациски електрични кабли.

Кабелските производи исто така се разликуваат едни од други на следниве начини:

• материјал за производство и својства на изолациониот слој (слоеви);
• заштитни параметри;
• технички карактеристики изразени со електрофизички величини;
• материјал за производство и број на проводни јадра;
• општ пресек на производот, дијаметар на јадрото итн.

Жици и нивна класификација

ГОСТ 15845-80 објаснува што е жица. Кабелската врска која содржи една или група жици (или нишки) со лесна обвивка од неметални легури се нарекува жица. Исто така, овој технички пропис ја карактеризира жицата според методот на инсталација - не може да се инсталира под земја, ова е првата разлика помеѓу кабел и жица.

Жиците се класифицираат според голем број карактеристики и својства:

• тип на материјал и карактеристики на изолациониот слој;
• материјал за производство на жица;
• дијаметар (дел) на производот;
• спроводливост и други.

Овие карактеристики го предодредуваат опсегот на примена на производите на проводниците. Жиците можат да бидат:

• автомобил;
• ликвидација;
• изолирани и неизолирани (вторите се користат во надземни далноводи);
• поврзување;
• инсталација и други.

Важно!Повеќе детали за квалитативните и квантитативните карактеристики, класификацијата на електричните производи, вклучувајќи жици и кабли, може да се најдат во ГОСТ 15845-80 и меѓународниот стандард ISO11801-2002.

Разлики помеѓу кабел и жица

Од страна на изгледЕлектричните кабли и жици имаат одредена сличност, но меѓу нив има разлики кои се јасно видливи за професионалец.

Основен изолационен слој

Главната разлика помеѓу производите што се разгледуваат е присуството во кабелот на посебен изолационен слој за секој проводник. Додека жицата или извртувањето на проводниците имаат заедничка обвивка или воопшто ја немаат. Оваа разлика е опишана во ГОСТ 15845-80.

Така, ако секој поединечен проводник има своја изолација, тогаш производот се нарекува кабел. И кога нема изолација, или одреден број на голи проводнички елементи (жици) се затворени во заедничка изолација, тогаш производот се нарекува жица.

Обележување на производот

Можете исто така да ги разликувате кабелските производи од обичните жици по правилно читањенотација. Секој електричен производ има своја ознака, која се изразува со азбучни, нумерички симболи и боја.

Обележувањето на проводниците може да каже не само на кој тип припаѓаат, туку и за материјалот за производство на изолационата обвивка и јадрото, бројот и дијаметарот на јадрата, опсегот на примена и други информации.

На пример, ако производот ја има ознаката AVVGng 3x2,5, тогаш тој се дешифрира на следниов начин:

• А – алуминиумско јадро;
• Б – изолационен слој на јадра изработен од ПВЦ материјал (поливинил хлорид);
• Б – општата изолациона обвивка е исто така направена од ПВЦ;
• G – без оклоп;
• ng – производот не поддржува согорување;
• 3x2,5 – три јадра со пресек од 2,5 mm2.

Од декодирањето е јасно дека секое јадро има своја изолација и заедничка обвивка, соодветно, овој производ е кабел. Присуството на симболот „Е“ во означувањето значи дека кабелот има екран, P – заштита од гумен материјал, Б – оклоп од согорување и агресивни средини, Ш – заштитната обвивка на кабелот е претставена во форма на црево и така натаму.

Обележувањето на жиците се разликува од каблите само во различното значење на некои симболи. На пример, ако некое лице има производ од брендот PuGV пред себе, тогаш ова е жица за инсталација која има изолација изработена од ПВЦ материјал и се карактеризира со зголемени карактеристики на флексибилност.

Важно!Поради огромниот број на различни комбинации на симболи во означувањето на производите од електрични кабли, понекогаш може да биде тешко да се прочита. Во такви случаи, се препорачува да се прибегне кон помош на специјални референтни книги или ресурси на Интернет.

Услови за користење

Кабелот најде поширока употреба во посебни услови, за разлика од жицата, бидејќи има засилена заштита од разни оштетувања. Сите подземни и подводни комуникации ги врши само тој. Поставени се и во пожарни опасни објекти, рудници, простории со висока корозивна активност и др.

Жиците, поради нивната помала заштита, се користат главно во електрични уреди, електрични дистрибутери и како станбени жици; надвор од нив се препорачува да се користат проводни собирници или кабли.

Интересно да се знае.Кабелските производи имаат подолг работен век и поголема пропусност (поголема струја и напон) поради повеќеслојната изолација, можното присуство на екрани и слоеви на оклоп.

Исклучително е важно да се разликуваат каблите од жиците, бидејќи нивната неправилна употреба е небезбедна. Знаејќи ги концептите опишани погоре и разликите помеѓу производите на кабелот и проводникот, дефинитивно нема да се појави прашањето „дали е жица или кабел“.

Видео

Диригенти- супстанции кои спроведуваат електрична струја поради присуството на големо количествополнежи кои можат слободно да се движат (за разлика од изолаторите). Тие се од I (прв) и II (втор) вид. Електричната спроводливост на проводниците од тип I не е придружена со хемиски процеси, таа е предизвикана од електрони. Проводниците од тип I вклучуваат: чисти металит.е. метали без нечистотии, легури, некои соли, оксиди и одреден број органска материја. На електродите направени од проводници од типот I, се јавува процес на пренос на метален катјон во раствор или од раствор на метална површина. Проводниците од типот II вклучуваат електролити. Преминот на струја во нив е поврзан со хемиски процеси и е предизвикан од движењето на позитивни и негативни јони.

Електроди од првиот вид.Во случај на метални електроди од првиот вид, такви јони ќе бидат метални катјони, а во случај на металоидни електроди од првиот вид, металоидни анјони. Сребрена електрода од првиот вид Ag + /Ag. Се одговара со реакцијата Ag + + е-= Ag и електроден потенцијал

Е Ag + /Ag = Ag + / Ag+ б 0 лг аАг+.

По замена на нумерички вредности Е 0 и б 0 на 25 o C:

Пример за металоидни електроди од првиот вид е селенската електрода Se 2- /Se, Se + 2 е-= Се 2 ; на 25 o C Е Se 2- /Se 0 = -0,92 - 0,03lg аВиди 2-.

Електроди од втор вид- полу-клетки кои се состојат од метал обложен со слој од малку растворливо соединение (сол, оксид или хидроксид) и потопени во раствор кој го содржи истиот анјон како ретко растворливото соединение на металот на електродата. Шематски, електрода од вториот вид може да се претстави на следниов начин: A Z-/М.А., М, а реакцијата што се случува во него е MA + ze = M + A Z - .

Оттука и равенката за електродниот потенцијалќе:

Каломелни електродие жива обложена со каломелна паста и во контакт со раствор на KCl.

Cl - / Hg 2 Cl 2, Hg.

Реакцијата на електродата се сведува на редукција на каломел до метална жива и хлор анјон:

Потенцијалот на каломелната електрода е реверзибилен во однос на јоните на хлор и се одредува според нивната активност:

На 25 o C, потенцијалот на електродата на каломелата се наоѓа со помош на равенката:

Електроди на жива сулфат SO 4 2 - / Hg 2 SO 4, Hg се слични на каломел со единствена разлика што живата овде е покриена со слој паста од Hg и жива сулфат, а H 2 SO 4 се користи како раствор. Потенцијалот на жива сулфатна електрода на 25 o C се изразува со равенката:

Електрода од сребрен хлориде систем Cl - /AgCl, Ag, а неговиот потенцијал одговара на равенката:

Е Cl - /AgCl, Ag = Е 0 Cl - / AgCl, Ag - б lg а Cl-

или на 25 o C:

Е Cl - / AgCl, Ag = 0,2224 - 0,0592 lg а Cl -.

Во електротехниката се користат различни материјали. Електрични својствасупстанциите се одредуваат според бројот на електрони во надворешната валентна орбита. Колку помалку електрони има во оваа орбита, толку послаби се врзани за јадрото, толку полесно можат да патуваат.

Под влијание на температурни флуктуации, електроните се одвојуваат од атомот и се движат во меѓуатомскиот простор. Таквите електрони се нарекуваат слободни и создаваат електрична струја во проводниците. Дали е голем меѓуатомскиот простор, дали има простор за слободни електрони да патуваат во супстанцијата?

Структурата на цврсти материи и течности изгледа континуирана и густа, по структурата наликува на топка од конец. Но всушност дури цврсти материиповеќе како рибарска или одбојкарска мрежа. Се разбира, тоа не може да се види на секојдневно ниво, но е точно научно истражувањеУтврдено е дека растојанијата помеѓу електроните и јадрата на атомите се многу поголеми од нивните сопствени големини.

Ако големината на јадрото на атомот е претставена како топка со големина на фудбал, тогаш електроните во таков модел ќе бидат со големина на грашок, а секој таков грашок се наоѓа од „јадрото“ на растојание од неколку стотици или дури илјадници метри. А меѓу јадрото и електронот има празнина - едноставно нема ништо! Ако ги замислиме растојанијата помеѓу атомите на супстанцијата на иста скала, димензиите ќе бидат апсолутно фантастични - десетици и стотици километри!

Добри спроводници на електрична енергија се метали. На пример, атомите на златото и среброто имаат само еден електрон во нивната надворешна орбита, така што тие се најдобри спроводници. Железото исто така спроведува струја, но нешто полошо.

Тие спроведуваат струја уште полошо легури со висока отпорност. Тоа се нихром, манганин, константан, фехрал и други. Таквата разновидност на легури со висока отпорност се должи на фактот дека тие се дизајнирани да решаваат различни задачи: грејни елементи, мерачи на напрегање, стандардни отпорници за мерни инструменти и многу повеќе.

Со цел да се оцени способноста на материјалот да спроведува електрична енергија, беше воведен концептот „електрична спроводливост“. Обратно значење - отпорност. Во механиката, овие концепти одговараат на специфичната тежина.

Изолатори, за разлика од проводниците, немаат тенденција да губат електрони. Во нив, врската помеѓу електронот и јадрото е многу силна и речиси и да нема слободни електрони. Поточно има, но многу малку. Во исто време, во некои изолатори има повеќе од нив, а нивниот квалитет на изолација е соодветно полош. Доволно е да се споредат, на пример, керамиката и хартијата. Затоа, изолаторите можат да се поделат на добри и лоши.

Појавата на слободни полнежи дури и во изолаторите се должи на топлинските вибрации на електроните: под влијание на високи температури, изолационите својства се влошуваат; некои електрони сè уште успеваат да се отцепат од јадрото.

Слично на тоа, отпорноста на идеалниот проводник би била нула. Но, за среќа не постои таков водич: замислете како би изгледал законот на Ом ((I = U/R) со нула во именителот!!! Збогум математика и електротехника.

И само на температура од апсолутна нула (-273,2C°) термичките флуктуации целосно престануваат, а најлошиот изолатор станува доста добар. Со цел нумерички да се утврди „ова“ е лошо или добро, тие го користат концептот на отпорност. Ова е отпор во Ом на коцка со должина на работ од 1 cm, димензијата на отпорност се добива во Ом / cm. Отпорноста на некои супстанции е прикажана подолу. Спроводливоста е реципрочна на отпорност, - мерна единица на Сименс, - 1Sm = 1 / Ohm.

Добрата спроводливост или малата отпорност имаат: сребро 1,5*10^(-6), читано како (еден и пол до десет до моќта минус шест), бакар 1,78*10^(-6), алуминиум 2,8* 10^(- 6). Спроводливоста на легурите со висока отпорност е многу полоша: константан 0,5*10^(-4), нихром 1,1*10^(-4). Овие легури може да се наречат лоши спроводници. По сите овие сложени броеви, треба да ги замените Ohm/cm.

Следно во посебна групаможе да се разликуваат полупроводници: германиум 60 Ohm/cm, силициум 5000 Ohm/cm, селен 100.000 Ohm/cm. Отпорноста на оваа група е поголема од онаа на лошите спроводници, но помала од онаа на лошите изолатори, а да не зборуваме за добрите. Веројатно, со истиот успех, полупроводниците би можеле да се наречат полуизолатори.

По толку кратко запознавање со структурата и својствата на атомот, треба да се размисли како атомите комуницираат едни со други, како атомите меѓусебно комуницираат и како од нив се добиваат молекули од кои се составени различни супстанции. За да го направите ова, повторно ќе треба да се потсетиме на електроните во надворешната орбита на атомот. Впрочем, тие се оние кои учествуваат во поврзувањето на атомите во молекули и ги одредуваат физичките и Хемиски својствасупстанции.

Како молекулите се направени од атомите

Секој атом е во стабилна состојба ако има 8 електрони во неговата надворешна орбита. Не бара да зема електрони од соседните атоми, но не се откажува од своите. За да се потврди валидноста на ова, доволно е да се погледнат инертните гасови во периодниот систем: неон, аргон, криптон, ксенон. Секој од нив има 8 електрони во надворешната орбита, што ја објаснува неподготвеноста на овие гасови да влезат во какви било односи ( хемиски реакции) со други атоми, градете молекули на хемиски материи.

Ситуацијата е сосема поинаква за оние атоми кои ги немаат посакуваните 8 електрони во нивната надворешна орбита. Таквите атоми претпочитаат да се обединат со други за да ја надополнат својата надворешна орбита со најмногу 8 електрони и да постигнат мирна, стабилна состојба.

На пример, тука е добро познатата молекула на водата H2O. Се состои од два атоми на водород и еден атом на кислород, како што е прикажано на слика 1.

Слика 1

На врвот на сликата, одделно се прикажани два атоми на водород и еден атом на кислород. Има 6 електрони во надворешната орбита на кислородот и два електрони во два водородни атоми во близина. На кислородот му недостигаат само два електрони во неговата надворешна орбита за да го достигне посакуваниот број 8, кој ќе го добие со прикачување на два атоми на водород за себе.

На секој атом на водород му недостасуваат 7 електрони во неговата надворешна орбита за да биде целосно среќен. Првиот водороден атом прима 6 електрони од кислородот во својата надворешна орбита и уште еден електрон од својот близнак, вториот атом на водород. Сега има 8 електрони во неговата надворешна орбита заедно со неговиот електрон. Вториот атом на водород, исто така, ја комплетира својата надворешна орбита до посакуваниот број 8. Овој процес е прикажан во долниот дел на Слика 1.

Слика 2 го прикажува процесот на комбинирање на атоми на натриум и хлор. Резултатот е натриум хлорид, кој во продавниците се продава под името кујнска сол.

Слика 2. Процесот на комбинирање на атоми на натриум и хлор

И овде секој од учесниците добива од другиот недостижен број на електрони: хлорот додава еден натриумски електрон на сопствените седум електрони, додека го дава својот на атомот на натриум. Двата атома имаат по 8 електрони во надворешната орбита, што обезбедува целосна согласност и благосостојба.

Валентност на атомите

Атомите кои имаат 6 или 7 електрони во нивната надворешна орбита имаат тенденција да прикачат 1 или 2 електрони за себе. За таквите атоми се вели дека се едновалентни или двовалентни. Но, ако има 1, 2 или 3 електрони во надворешната орбита на атомот, тогаш таков атом има тенденција да ги даде. Во овој случај, атомот се смета за едно, двовалентен или тривалентен.

Ако надворешната орбита на атомот содржи 4 електрони, тогаш таков атом претпочита да се соединува со истиот, кој исто така има 4 електрони. Така се комбинираат атомите на германиум и силициум за да се направат транзистори. Во овој случај, атомите се нарекуваат четиривалентни. (Атомите на германиум или силициум, исто така, можат да се комбинираат со други елементи, како што се кислород или водород, но овие соединенија не се интересни за нашата приказна.)

Слика 3 покажува атом на германиум или силициум кој сака да се комбинира со сличен атом. Малите црни кругови се сопствените електрони на атомот, а светлосните кругови ги означуваат местата каде што ќе паднат електроните на четирите соседни атоми.

Слика 3. Атом на германиум (силициум).

Кристална структура на полупроводници

Атомите на германиум и силициум се во иста група како јаглеродот во периодниот систем ( хемиска формула C дијамантите се едноставно големи кристали на јаглерод добиени под одредени услови) и затоа, кога се комбинираат, формираат дијамант-како кристална структура. Формирањето на таква структура е прикажано, во поедноставена форма, се разбира, на Слика 4.

Слика 4.

Во центарот на коцката има атом на германиум, а во аглите се наоѓаат уште 4 атоми. Атомот прикажан во центарот на коцката е поврзан со неговите валентни електрони со најблиските соседи. За возврат, аголните атоми ги даваат своите валентни електрони на атомот лоциран во центарот на коцката и на неговите соседи - атоми што не се прикажани на сликата. Така, надворешните орбити се комплетирани до осум електрони. Се разбира, нема коцка во кристалната решетка, таа е едноставно прикажана на сликата, така што релативното, волуметриско распоредување на атомите е јасно.

Но, за да се поедностави приказната за полупроводниците што е можно повеќе, кристалната решетка може да се прикаже како рамна шематски цртеж, и покрај фактот што меѓуатомските врски сè уште се наоѓаат во вселената. Таков дијаграм е прикажан на Слика 5.

Слика 5. Германиум кристална решетка во рамна форма.

Во таков кристал, сите електрони се цврсто врзани за атомите со нивните валентни врски, така што овде очигледно едноставно нема слободни електрони. Излегува дека она што го гледаме на сликата е изолатор, бидејќи во него нема слободни електрони. Но, всушност тоа не е.

Самопроводливост

Факт е дека под влијание на температурата, некои електрони сè уште успеваат да се отцепат од своите атоми и некое време да се ослободат од врската со јадрото. Затоа, во кристалот на германиум постојат мал број слободни електрони, поради што е можно да се спроведе електрична струја. Колку слободни електрони постојат во германиум кристал во нормални услови?

Нема само два такви слободни електрони на 10^10 (десет милијарди) атоми, така што германиумот е лош спроводник или, како што велат, полупроводник. Треба да се напомене дека само еден грам германиум содржи 10^22 (десет илјади милијарди милијарди) атоми, што ви овозможува да „добиете“ околу две илјади милијарди слободни електрони. Се чини дека е доволно да помине голема електрична струја. За да се разбере ова прашање, доволно е да се запамети што е струја од 1 А.

Струја од 1 А одговара на минување низ проводник за една секунда. Електрично полнењево 1 Кулон, или 6*10^18 (шест милијарди милијарди) електрони во секунда. Наспроти ова, две илјади милијарди слободни електрони, па дури и расфрлани низ огромен кристал, тешко можат да обезбедат премин на големи струи. Иако, поради термичкото движење, во германиум постои мала спроводливост. Ова е таканаречената внатрешна спроводливост.

Електронска спроводливост и дупка

Како што се зголемува температурата, на електроните им се дава дополнителна енергија, нивните термички вибрации стануваат поенергични, како резултат на што некои електрони успеваат да се отцепат од нивните атоми. Овие електрони стануваат слободни и, во отсуство на надворешно електрично поле, вршат хаотични движења и се движат во слободен простор.

Атомите кои изгубиле електрони не можат да вршат случајни движења, туку само малку осцилираат во однос на нивната нормална положба во кристалната решетка. Таквите атоми кои изгубиле електрони се нарекуваат позитивни јони. Можеме да претпоставиме дека на местото на електроните откорнати од нивните атоми, се добиваат слободни простори, кои обично се нарекуваат дупки.

Општо земено, бројот на електрони и дупки е ист, така што дупката може да зграби електрон што случајно се наоѓа во близина. Како резултат на тоа, атомот повторно се менува од позитивен јон во неутрален. Процесот на комбинирање на електрони со дупки се нарекува рекомбинација.

Одвојувањето на електроните од атомите се случува со иста фреквенција, затоа, во просек, бројот на електрони и дупки за одреден полупроводник е еднаков, е константна вредност и зависи од надворешните услови, првенствено температурата.

Ако се примени напон на полупроводнички кристал, движењето на електроните ќе стане уредено, а струјата ќе тече низ кристалот поради неговата спроводливост на електрони и дупки. Оваа спроводливост се нарекува внатрешна спроводливост, веќе беше споменато малку повисоко.

Но, полупроводниците во нивната чиста форма, кои имаат електронска и спроводливост на дупки, се несоодветни за производство на диоди, транзистори и други делови, бидејќи основата на овие уреди е спој p-n (читај „pe-en“).

За да се добие таква транзиција, потребни се два вида полупроводници, два вида спроводливост (p - позитивно - позитивно, дупка) и (n - негативно - негативно, електронски). Овие типови на полупроводници се направени со допинг, додавајќи нечистотии на чистиот германиум или силициум кристали.

Иако количината на нечистотии е многу мала, нивното присуство во во голема мераги менува својствата на полупроводникот, ви овозможува да добиете полупроводници со различна спроводливост. Ова ќе се дискутира во следниот дел од статијата.

Борис Аладишкин,

Што е полупроводник и со што се јаде?

Полупроводник- материјал без кој не можеме да замислиме модерен светтехнологија и електроника. Полупроводниципокажуваат својства на метали и неметали под одредени услови. Според специфичната вредност електричен отпорполупроводниците заземаат средна позиција помеѓу добрите спроводници и диелектриците. Полупроводниксе разликува од проводниците по силната зависност на специфичната спроводливост од присуството на елементи од нечистотија (елементи на нечистотија) во кристалната решетка и концентрацијата на овие елементи, како и од температурата и изложеноста на различни видови зрачење.
Основно својство на полупроводник- зголемување на електричната спроводливост со зголемување на температурата.
Полупроводниците се супстанции чијшто јаз на појасот е од редот на неколку електронволти (eV). На пример, дијамантот може да се класифицира како полупроводник со широк јаз, а индиум арсенидот може да се класифицира како полупроводник со тесен јаз. Појасниот јаз е ширината на енергетскиот јаз помеѓу дното на спроводната лента и врвот на валентниот опсег, во кој нема дозволени состојби за електронот.
Големината на јазот на опсегот е важна кога се генерира светлина во LED диоди и полупроводнички ласери и ја одредува енергијата на емитираните фотони.

Полупроводниците вклучуваат многу хемиски елементи: Силикон, Германиум, Ас арсен, Селен селен, Телуриум и други, како и сите видови легури и хемиски соединенија, на пример: силициум јодид, галиум арсенид, жива телурит итн.). Во принцип, речиси сè неоргански материисветот околу нас се полупроводници. Најчестиот полупроводник во природата е силиконот, кој, според груби проценки, сочинува речиси 30% од земјината кора.

Во зависност од тоа дали атом на елемент на нечистотија се откажува од електрон или го заробува, атомите на нечистотијата се нарекуваат атоми донори или акцептори. Својствата на донорот и акцепторот на атом на елемент од нечистотија исто така зависат од тоа кој атом кристална решетказаменува во која кристалографска рамнина е вграден.
Како што споменавме погоре, спроводните својства на полупроводниците силно зависат од температурата, а кога температурата ќе достигне апсолутна нула (-273 ° C), полупроводниците имаат својства на диелектрици.

Врз основа на типот на спроводливост, полупроводниците се делат на n-тип и p-тип

n-тип на полупроводник

Врз основа на видот на спроводливоста, полупроводниците се делат на n-тип и p-тип.

Полупроводник од n-тип има нечистотија и спроведува електрична струја како металите. Елементите од нечистотија кои се додаваат на полупроводниците за да се произведат полупроводници од n-тип се нарекуваат донорски елементи. Терминот „n-тип“ доаѓа од зборот „негативен“, што се однесува на негативното полнење што го носи слободен електрон.

Теоријата на процесот на пренос на полнење е опишана на следниов начин:

Нечистотен елемент, петвалентен како арсен, се додава на четиривалентен силициум Si. За време на интеракцијата, секој атом на арсен влегува во ковалентна врска со атоми на силициум. Но, останува петтиот слободен атом на арсен, кој нема место во заситените валентни врски, и се движи во далечна електронска орбита, каде што е потребна помалку енергија за да се отстрани електрон од атомот. Електронот се отцепува и станува слободен, способен да носи полнеж. Така, преносот на полнеж го врши електрон, а не дупка, односно овој тип на полупроводници спроведува електрична струја како металите.
Антимонот Sb, исто така, ги подобрува својствата на еден од најважните полупроводници - германиум Ge.

полупроводник од р-тип

Полупроводник од типот р, покрај основата на нечистотијата, се карактеризира со природата на дупката на спроводливоста. Нечистотиите што се додаваат во овој случај се нарекуваат акцепторски нечистотии.
„Р-тип“ доаѓа од зборот „позитивен“, што се однесува на позитивното полнење на повеќето носители.
На пример, мала количина на тривалентни атоми на индиум се додава на полупроводнички, четиривалентен Si силикон. Во нашиот случај, индиумот ќе биде елемент од нечистотија, чии атоми воспоставуваат ковалентна врска со три соседни силициумски атоми. Но, силиконот има една слободна врска додека атомот на индиум нема валентен електрон, така што фаќа валентен електрон од ковалентната врска помеѓу соседните атоми на силикон и станува негативно наелектризиран јон, формирајќи таканаречена дупка и, соодветно, дупка. транзиција.
Според истата шема, In ndium му дава спроводливост на дупката на Ge germanium.

Истражување на својствата на полупроводничките елементи и материјали, проучување на својствата на контакт помеѓу проводник и полупроводник, експериментирање во производството на полупроводнички материјали, О.В. Лосев го создаде прототипот на модерната ЛЕР во 1920-тите.