Кај полупроводниците, електричната спроводливост значително зависи од температурата. На температури блиску до апсолутна нула, тие се претвораат во изолатори, а на високи температури нивната спроводливост станува значајна. За разлика од металите, бројот на спроводливи електрони во полупроводниците не е еднаков на бројот на валентни електрони, туку сочинува само мал дел од него. Острата зависност на спроводливоста на полупроводниците од температурата укажува дека спроводливите електрони во нив се појавуваат под влијание на топлинското движење.

7. Формулирајте и запишете го Брустеровиот закон. Објаснете го вашиот одговор со цртеж.

Ако тангентата на аголот на инциденца на зракот на интерфејсот помеѓу два диелектрика е еднаква на релативниот индекс на рефракција, тогаш рефлектираниот зрак е целосно поларизиран во рамнина нормална на рамнината на инциденца, односно паралелна на интерфејсот помеѓу медиумите

tg a B = n 21.

Овде a B е аголот на инциденца на светлината, наречен Брустер агол, n 21 - релативен индикаторпрекршување на вториот медиум во однос на првиот

8. Која е суштината на Хајзенберговите несигурни односи?

x* p x >=h

y* p y >=h

z* p z >=h

E* t>=h

Δx, y, z - неточност во одредувањето на координатата

Δp – неточност во одредувањето на импулсот

Физ. што значи: невозможно е точно да се измери позицијата и моментумот во исто време.

9. Како ќе се промени фреквенцијата на слободните осцилации во осцилаторното коло ако индуктивноста на намотката се зголеми за 4 пати, а електричниот капацитет на кондензаторот се намали за 2 пати?

Одговор: ќе се намали за половина

10. Наведете го производот од нуклеарната реакција Li+ H He+?

11.Која е индуктивната реактанса на калем со индуктивност од 2 mH при струјна фреквенција на осцилација од n = 50 Hz?

R L =wL=2πνL=0,628 (Ом). Одговор: R L = 0,628 (Ом)

Ако апсолутниот индекс на прекршување на медиум е 1,5, тогаш колкава е брзината на светлината во оваа средина?

n= c/v 2*10 8

13. Бранова должина на гама зрачење е nm. Која потенцијална разлика U мора да се примени на рендгенската цевка за да се добијат рендгенски зраци со оваа бранова должина?

14. Брановата должина на де Брољ за честичка е 2,2 nm. Најдете ја масата на честичката ако се движи со брзина .



m= = 6, 62*10 -34 /2, 2*10 -9 *10 5 =3, 01*10 -30 ;

Како резултат на расејувањето на фотонот од слободен електрон, се покажа дека поместувањето на Комптон е еднакво на 1,2 pm. Најдете го аголот на расејување.

16. Осцилаторното коло содржи кондензатор со електричен капацитет од 50nF и калем на индуктивност од 5/(4) μH. Одреди ја брановата должина на зрачењето

17. Работната функција на електрон што остава платина е . Која е максималната кинетичка енергија на фотоелектрони исфрлени од платината со светлина со бранова должина од 0,5 микрони?

18. Растојание помеѓу потези дифракциона решетка d = 4 µm. Светлина со бранова должина од = 0,6 µm. Што е максимум највисок реддава ли оваа решетка?

d=4μm, , dsinj = nl, sinj=1,n= =

Афион. нарачка - 6

19. Колку изнесува половина слој на апсорпција на светлина d 1/2, ако кога светлината поминува низ слој супстанција од 30 mm, интензитетот на светлината се намалува 8 пати? , , , , , , ,

20. Во експериментот на Јанг, дупките беа осветлени со монохроматска светлина со бранова должина = 6 10 -5 cm, растојанието помеѓу дупките е 1 mm и растојанието од дупките до екранот е 3 m. Најдете ја позицијата на првата светлосна лента .

Опција 18

1. Магнетното поле се нарекува еднообразно ако... векторот на магнетната индукција е ист во сите точки. пример (постојан магнет)

2. Кои осцилации се нарекуваат принудени?

Принудени осцилации се осцилации кои се јавуваат во кој било систем под влијание на променливо надворешно влијание. Природата на присилните осцилации се одредува и од својствата на надворешното влијание и од својствата на самиот систем.

3. Што се нарекува надворешен фотоелектричен ефект?

Надворешниот фотоелектричен ефект е исфрлање на електрони од супстанција под влијание на електромагнетно зрачење. Надворешниот фотоелектричен ефект е забележан главно кај проводниците

4. Што се нарекува совршено црно тело?

Телото кое е способно целосно да го апсорбира на која било температура целото зрачење од која било фреквенција спаѓа во него се нарекува црно. Следствено, спектралниот капацитет на апсорпција на црното тело за сите фреквенции и температури е идентично еднаков на единството ()

5. Формулирајте и напишете го Ламбертовиот закон

Бугер - Ламбер - Закон за пиво - физички закон, што го одредува слабеењето на паралелниот монохроматски зрак светлина додека се шири во впивачка средина.

каде е интензитетот на влезниот зрак, l е дебелината на слојот на супстанцијата низ кој поминува светлината, е индексот на апсорпција

Теми Кодификатор на унифициран државен испит : полупроводници, внатрешна и нечистотија спроводливост на полупроводниците.

Досега, зборувајќи за способноста на супстанциите да спроведуваат електрична струја, ги делевме на проводници и диелектрици. Отпорноста на обичните проводници е во опсегот на Ohm m; Отпорноста на диелектриците ги надминува овие вредности во просек по редови на големина: Ом m.

Но, постојат и супстанции кои, во нивната електрична спроводливост, заземаат средна позиција помеѓу спроводниците и диелектриците. Ова полупроводници: нивната отпорност на собна температураможе да земе вредности во многу широк опсег на Ohm m. Полупроводниците вклучуваат силициум, германиум, селен и некои други хемиски елементии соединенија (Полупроводниците се исклучително чести во природата. На пример, околу 80% од масата земјината корасметки за супстанции кои се полупроводници). Најмногу се користат силициум и германиум.

Главната карактеристика на полупроводниците е тоа што нивната електрична спроводливост нагло се зголемува со зголемување на температурата. Отпорноста на полупроводникот се намалува со зголемување на температурата приближно како што е прикажано на сл. 1 .

Ориз. 1. Зависност за полупроводник

Со други зборови, на ниски температури полупроводниците се однесуваат како диелектрици, а на високи температури се однесуваат како прилично добри проводници. Ова е разликата помеѓу полупроводниците и металите: отпорноста на метал, како што се сеќавате, се зголемува линеарно со зголемување на температурата.

Постојат и други разлики помеѓу полупроводниците и металите. Така, осветлувањето на полупроводникот предизвикува намалување на неговата отпорност (а светлината речиси и да нема ефект врз отпорноста на металот). Дополнително, електричната спроводливост на полупроводниците може многу да се промени со воведување на дури и мали количества на нечистотии.

Искуството покажува дека, како и во случајот со металите, не се случува пренос на супстанција кога струјата тече низ полупроводник. Затоа, електричната струја во полупроводниците се должи на движењето на електроните.

Намалувањето на отпорноста на полупроводникот кога се загрева, покажува дека зголемувањето на температурата доведува до зголемување на бројот на слободни полнења во полупроводникот. Ништо слично не се случува кај металите; затоа, полупроводниците имаат различен механизам на електрична спроводливост од металите. А причината за тоа е различната природа хемиска врскапомеѓу металните и полупроводничките атоми.

Ковалентна врска

Металната врска, како што се сеќавате, ја обезбедува гас од слободни електрони, кој, како лепак, држи позитивни јони на јазлите на кристалната решетка. Полупроводниците се структурирани поинаку - нивните атоми се држат заедно ковалентна врска. Да се ​​потсетиме што е тоа.

Електроните се наоѓаат во надворешното електронско ниво и се нарекуваат валентност, се послаби врзани за атомот од преостанатите електрони, кои се наоѓаат поблиску до јадрото. Во процесот на формирање на ковалентна врска, два атома придонесуваат еден од нивните валентни електрони „за заедничката кауза“. Овие два електрони се споделени, односно сега припаѓаат на двата атома и затоа се нарекуваат споделен електронски пар(сл. 2).

Ориз. 2. Ковалентна врска

Социјализиран пар електрони е она што ги држи атомите еден до друг (користејќи ги силите на електричната привлечност). Ковалентната врска е врска што постои помеѓу атомите поради споделени електронски парови. Поради оваа причина, се нарекува и ковалентна врска пар-електронски.

Кристална структура на силициум

Сега сме подготвени подетално да ја разгледаме внатрешната структура на полупроводниците. Како пример, земете го најчестиот полупроводник во природата - силициумот. Вториот најважен полупроводник, германиум, има слична структура.

Просторната структура на силициумот е прикажана на сл. 3 (слика од Бен Милс). Топчињата претставуваат атоми на силикон, а цевките што ги поврзуваат се канали на ковалентни врски помеѓу атомите.

Ориз. 3. Кристална структурасиликон

Имајте на ум дека секој силикон атом е поврзан со четирисоседните атоми. Зошто се случува ова?

Факт е дека силиконот е четиривалентен - има четири валентни електрони на надворешната електронска обвивка на силиконскиот атом. Секој од овие четири електрони е подготвен да формира заеднички електронски пар со валентниот електрон на друг атом. Ова е она што се случува! Како резултат на тоа, силициумскиот атом е опкружен со четири атоми прикачени на него, од кои секој придонесува по еден валентен електрон. Соодветно на тоа, има осум електрони околу секој атом (четири наши и четири други).

Ова го гледаме подетално на рамен дијаграм на силиконски кристални решетки (сл. 4).

Ориз. 4. Силиконска кристална решетка

Ковалентните врски се прикажани како парови линии што ги поврзуваат атомите; Овие линии содржат заеднички електронски парови. Секој валентен електрон лоциран на таква линија го поминува поголемиот дел од своето време во просторот помеѓу два соседни атоми.

Сепак, валентните електрони во никој случај не се „цврсто врзани“ за соодветните парови на атоми. Се јавува преклопување електронски школки ситесоседните атоми, така што секој валентен електрон е заедничко својство на сите соседни атоми. Од некој атом 1, таков електрон може да оди до соседниот атом 2, потоа до соседниот атом 3 итн. Валентните електрони можат да се движат низ кристалот - се вели дека тие припаѓаат на целиот кристал(и не еден атомски пар).

Сепак, силициумските валентни електрони не се слободни (како што е случајот со металот). Во полупроводникот, врската помеѓу валентни електрони и атомите е многу посилна отколку кај металот; Силиконските ковалентни врски не се раскинуваат на ниски температури. Енергијата на електроните се покажува како недоволна за да се обезбеди тоа, под влијание на надворешни електрично полезапочнете уредно движење од помал потенцијал кон поголем. Затоа, со доволно ниски температуриах, полупроводниците се блиску до диелектриците - тие не спроведуваат електрична струја.

Самопроводливост

Ако поврзете полупроводнички елемент во електрично коло и почнете да го загревате, струјата во колото се зголемува. Затоа, отпорот на полупроводникот се намалувасо зголемување на температурата. Зошто се случува ова?

Како што се зголемува температурата, термичките вибрации на атомите на силициумот стануваат поинтензивни, а енергијата на валентните електрони се зголемува. За некои електрони, енергијата достигнува вредности доволни за прекин ковалентни врски. Таквите електрони ги напуштаат своите атоми и стануваат бесплатно(или спроводливи електрони) - точно исто како и во металот. Во надворешното електрично поле, слободните електрони почнуваат да се движат на уреден начин, формирајќи електрична струја.

Колку е поголема температурата на силициумот, толку е поголема енергијата на електронот и поголем е бројот на ковалентни врски кои пропаѓаат и се раскинуваат. Бројот на слободни електрони во силициумскиот кристал се зголемува, што доведува до намалување на неговиот отпор.

Раскинувањето на ковалентните врски и појавата на слободни електрони е прикажано на сл. 5 . На местото на скршената ковалентна врска, a дупка- слободно место за електрон. Дупката има позитивенполнење, бидејќи со заминувањето на негативно наелектризираниот електрон, останува некомпензиран позитивен полнеж на јадрото на атомот на силициумот.

Ориз. 5. Формирање на слободни електрони и дупки

Дупките не остануваат на своето место - тие можат да талкаат околу кристалот. Факт е дека еден од соседните валентни електрони, „патувајќи“ меѓу атомите, може да скокне на добиеното празно место, пополнувајќи ја дупката; тогаш дупката на ова место ќе исчезне, но ќе се појави на местото од каде што дошол електронот.

Во отсуство на надворешно електрично поле, движењето на дупките е случајно, бидејќи валентните електрони талкаат случајно помеѓу атомите. Меѓутоа, во електрично поле започнува режијадвижење на дупки. Зошто? Ова не е тешко да се разбере.

На сл. Слика 6 покажува полупроводник поставен во електрично поле. На левата страна на сликата е почетната положба на дупката.

Ориз. 6. Движење на дупка во електрично поле

Каде ќе оди дупката? Јасно е дека најверојатните скокови на електрони > дупки се во насока противлинии на поле (односно, до „плусите“ што го создаваат полето). Еден од овие скокови е прикажан во средниот дел на сликата: електронот скокна налево, пополнувајќи го празното место, а дупката, соодветно, се префрли надесно. Следниот можен електронски скок предизвикан од електричното поле е прикажан на десната страна на сликата; Како резултат на овој скок, дупката зазеде ново место, лоцирана уште подалеку десно.

Гледаме дека дупката како целина се движи конлинии на теренот - тоа е, каде што треба да се движат позитивни полнежи. Да нагласиме уште еднаш дека насоченото движење на дупката долж полето е предизвикано од скокови на валентни електрони од атом до атом, кои се случуваат претежно во насока против полето.

Така, во силиконскиот кристал постојат два вида носители на полнеж: слободни електрони и дупки. Кога се применува надворешно електрично поле, се појавува електрична струја, предизвикана од нивното наредено контра движење: слободните електрони се движат спротивно на векторот на јачината на полето, а дупките - во насока на векторот.

Појавата на струја поради движењето на слободните електрони се нарекува електронска спроводливост, или n-тип на спроводливост. Процесот на уредно движење на дупките се нарекува спроводливост на дупката, или спроводливост од р-тип(од првите букви на латинските зборови negativus (негативен) и positivus (позитивен)). Двете спроводливост - електрон и дупка - се колективно наречени сопствена спроводливостполупроводник.

Секој електрон што остава скршена ковалентна врска генерира пар „слободен електрон-дупка“. Затоа, концентрацијата на слободни електрони во чист силициум кристал е еднаква на концентрацијата на дупките. Соодветно на тоа, кога кристалот се загрева, се зголемува концентрацијата на не само слободни електрони, туку и дупки, што доведува до зголемување на внатрешната спроводливост на полупроводникот поради зголемување на спроводливоста и на електроните и на дупката.

Заедно со формирањето на слободни парови електрон-дупка, се случува и обратниот процес: рекомбинацијаслободни електрони и дупки. Имено, слободен електрон, наиде на дупка, го пополнува ова празно, враќајќи ја скршената ковалентна врска и претворајќи се во валентен електрон. Така, во полупроводник се воспоставува динамичка рамнотежа: просечниот број на раскинувања на ковалентни врски и формирањето на парови електрон-дупки по единица време е еднаков на просечниот број на рекомбинирани електрони и дупки. Оваа состојба на динамичка рамнотежа ја одредува рамнотежната концентрација на слободните електрони и дупки во полупроводникот во дадени услови.

Промените во надворешните услови ја поместуваат состојбата на динамичка рамнотежа во една или друга насока. Во овој случај, вредноста на рамнотежата на концентрацијата на носачот на полнеж природно се менува. На пример, бројот на слободни електрони и дупки се зголемува кога полупроводникот се загрева или осветлува.

На собна температура, концентрацијата на слободни електрони и дупки во силициумот е приближно еднаква на cm Концентрацијата на атомите на силициумот е од редот на cm. Со други зборови, има само еден слободен електрон по атом на силициум! Ова е многу малку. Во металите, на пример, концентрацијата на слободните електрони е приближно еднаква на концентрацијата на атомите. Соодветно, Внатрешната спроводливост на силициумот и другите полупроводници во нормални услови е мала во споредба со спроводливоста на металите.

Спроводливост на нечистотија

Најважната карактеристика на полупроводниците е тоа што нивната отпорност може да се намали за неколку реда на големина како резултат на внесување дури и многу мала количина на нечистотии. Покрај сопствената спроводливост, полупроводникот има и доминантна спроводливост на нечистотија. Благодарение на овој факт, полупроводничките уреди најдоа толку широка примена во науката и технологијата.
Да претпоставиме, на пример, дека во топењето на силициумот се додава малку петвалентен арсен. По кристализацијата на топењето, излегува дека атомите на арсен заземаат места во некои јазли на формираната силициумска кристална решетка.

Најоддалеченото електронско ниво на атомот на арсен има пет електрони. Четири од нив формираат ковалентни врски со нивните најблиски соседи - атоми на силициум (сл. 7). Каква е судбината на петтиот електрон што не е окупиран во овие врски?

Ориз. 7. Полупроводник од N-тип

И петтиот електрон станува слободен! Факт е дека врзувачката енергија на овој „дополнителен“ електрон со атомот на арсен лоциран во силициумскиот кристал е многу помала од енергијата на врзување на валентни електрони со атоми на силициум. Затоа, веќе на собна температура, речиси сите атоми на арсен, како резултат на термичко движење, остануваат без петти електрон, претворајќи се во позитивни јони. И силициумскиот кристал, соодветно, е исполнет со слободни електрони кои се одвоени од атомите на арсен.

Пополнувањето на кристал со слободни електрони не е ново за нас: го видовме ова погоре кога се загреваше чистисиликон (без никакви нечистотии). Но, сега ситуацијата е фундаментално поинаква: појавата на слободен електрон што остава атом на арсен не е придружена со појава на подвижна дупка. Зошто? Причината е иста - врската на валентни електрони со атоми на силициум е многу посилна отколку со атомот на арсен во петтото празно место, затоа електроните на соседните силициумски атоми немаат тенденција да го пополнат ова празно место. На тој начин, слободното место останува на место, како да е „замрзнато“ до атомот на арсен и не учествува во создавањето струја.

Така, воведувањето на петвалентни атоми на арсен во силициумската кристална решетка создава електронска спроводливост, но не доведува до симетричен изглед на спроводливоста на дупката. Главната улога во создавањето струја сега им припаѓа на слободните електрони, кои во овој случај се нарекуваат главни носителинаплаќаат.

Механизмот на внатрешна спроводливост, се разбира, продолжува да работи дури и во присуство на нечистотија: ковалентните врски сè уште се скршени поради топлинското движење, создавајќи слободни електрони и дупки. Но, сега има многу помалку дупки од слободните електрони, кои во големи количиниобезбедени од атоми на арсен. Затоа, во овој случај дупките ќе бидат не-главни медиуминаплаќаат.

Се нарекуваат нечистотиите чии атоми се откажуваат од слободни електрони без појава на еднаков број подвижни дупки донатор. На пример, петвалентен арсен е донорска нечистотија. Ако има донорска нечистотија во полупроводникот, повеќето носители на полнеж се слободни електрони, а малцинските носители на полнеж се дупки; со други зборови, концентрацијата на слободните електрони е многу поголема од концентрацијата на дупките. Затоа се нарекуваат полупроводници со донорски нечистотии електронски полупроводници, или n-тип на полупроводници(или едноставно n-полупроводници).

И колку, интересно, може концентрацијата на слободните електрони да ја надмине концентрацијата на дупките во n-полупроводник? Ајде да направиме едноставна пресметка.

Да претпоставиме дека нечистотијата е , односно има еден атом на арсен на илјада атоми на силициум. Концентрацијата на атоми на силициум, како што се сеќаваме, е од редот на cm.

Концентрацијата на атомите на арсен, соодветно, ќе биде илјада пати помала: cm Концентрацијата на слободните електрони што ги дава нечистотијата исто така ќе биде иста - на крајот на краиштата, секој атом на арсен дава електрон. Сега да се потсетиме дека концентрацијата на паровите електрон-дупки што се појавуваат кога силиконските ковалентни врски се прекинуваат на собна температура е приближно еднаква на cm. Дали ја чувствувате разликата? Концентрацијата на слободните електрони во овој случај е поголема од концентрацијата на дупките по редови на големина, односно милијарда пати! Според тоа, отпорноста на силициумскиот полупроводник се намалува за милијарда пати кога се внесува толку мала количина на нечистотија.

Горенаведената пресметка покажува дека во полупроводниците од n-тип главната улога навистина ја игра електронската спроводливост. Наспроти позадината на таквата колосална супериорност во бројот на слободни електрони, придонесот на движењето на дупката во целокупната спроводливост е занемарлив.

Напротив, можно е да се создаде полупроводник со доминантна спроводливост на дупките. Ова ќе се случи ако тривалентна нечистотија се внесе во силиконски кристал - на пример, индиум. Резултатот од таквата имплементација е прикажан на сл. 8 .

Ориз. 8. Полупроводник од P-тип

Што се случува во овој случај? Најоддалеченото електронско ниво на атомот на индиум содржи три електрони кои формираат ковалентни врски со трите околни силициумски атоми. За четвртиот соседен атом на силикон, атомот на индиум веќе нема доволно електрони и на ова место се појавува дупка.

И оваа дупка не е едноставна, туку посебна - со многу висока врзувачка енергија. Кога електрон од соседниот силиконски атом ќе влезе во него, тој „ќе се заглави во него засекогаш“, бидејќи привлечноста на електронот кон атомот на индиум е многу силна - повеќе отколку кон атоми на силициум. Атомот на индиум ќе се претвори во негативен јон, а на местото од каде што дошол електронот ќе се појави дупка - но сега обична мобилна дупка во форма на скршена ковалентна врска во силициумската кристална решетка. Оваа дупка ќе почне да талка околу кристалот на вообичаен начин поради преносот на „релејната трка“ на валентни електрони од еден во друг атом на силикон.

И така, секој атом на индиум нечистотија генерира дупка, но не доведува до симетричен изглед на слободен електрон. Таквите нечистотии, чии атоми „цврсто“ заробуваат електрони и со тоа создаваат подвижна дупка во кристалот, се нарекуваат акцептор.

Тривалентен индиум е пример за нечистотија на акцептор.

Ако нечистотијата на акцепторот се внесе во кристал од чист силициум, тогаш бројот на дупки создадени од нечистотијата ќе биде многу повеќе бројслободни електрони кои произлегуваат од раскинувањето на ковалентни врски помеѓу атоми на силициум. Полупроводник со нечистотија на акцептор е дупка полупроводник, или полупроводник од р-тип(или едноставно p-полупроводник).

Дупки играат главна улогакога се создава струја во p-полупроводник; дупки - носачи на главно полнење. Слободни електрони - помали медиумиполнење во p-полупроводник. Движењето на слободните електрони во овој случај не дава значителен придонес: електричната струја се обезбедува првенствено од спроводливоста на дупката.

p–n спој

Точката на допир помеѓу два полупроводници разни видовиспроводливост (електронска и дупка) се нарекува транзиција електронска дупка, или p–n спој. Во пределот на p–n спојот се јавува интересен и многу важен феномен - еднонасочна спроводливост.

На сл. 9 го прикажува контактот на регионите од типот p и n; обоените кругови се дупки и слободни електрони, кои се мнозински (или малцински) носители на полнеж во соодветните региони.

Ориз. 9. Слој за блокирање на p-n спој

Вршејќи термичко движење, носителите на полнеж продираат низ интерфејсот помеѓу регионите.

Слободните електрони се движат од n-регионот во p-регионот и таму се рекомбинираат со дупки; дупките се дифузираат од p-регионот до n-регионот и таму се рекомбинираат со електрони.

Како резултат на овие процеси, некомпензиран полнеж на позитивни јони на донорската нечистотија останува во електронскиот полупроводник во близина на границата на контактот, а некомпензиран негативен полнеж на јоните на нечистотијата на акцепторот се појавува во полупроводникот на дупката (исто така во близина на границата). Овие некомпензирани просторни обвиненија формираат т.н бариера слој, чие внатрешно електрично поле спречува понатамошна дифузија на слободни електрони и дупки преку границата на контактот.

Сега да поврземе извор на струја со нашиот полупроводнички елемент, применувајќи го „плус“ на изворот на n-полупроводникот и „минусот“ на p-полупроводникот (сл. 10).

Ориз. 10. Вклучување во обратна насока: нема струја

Гледаме дека надворешното електрично поле ги поместува повеќето носители на полнеж подалеку од границата на контактот. Ширината на блокирачкиот слој се зголемува, а неговото електрично поле се зголемува. Отпорот на блокирачкиот слој е висок, а повеќето носители не се способни да го надминат p-n спојот. Електричното поле дозволува само малцинските носители да ја преминат границата, но поради многу ниската концентрација на малцинските носители, струјата што ја создаваат е занемарлива.

Разгледуваната шема се нарекува вклучување на p–n спојот во спротивна насока. Електрична струјанема главни носители; има само незначителна миноринска носачка струја. Во овој случај, раскрсницата p-n се покажува затворена.

Сега да го промениме поларитетот на врската и да примениме „плус“ на p-полупроводникот и „минус“ на n-полупроводникот (сл. 11). Оваа шема се нарекува префрлување напред.

Ориз. 11. Вклучување во насока нанапред: тече струја

Во овој случај, надворешното електрично поле е насочено против полето за блокирање и го отвора патот за мнозинските носители преку p-n спојот. Слојот на бариерата станува потенок и неговата отпорност се намалува.

Има масивно движење на слободни електрони од n-регионот кон p-регионот, а дупките, пак, се движат заедно од p-регионот до n-регионот.

Во колото се јавува струја предизвикана од движењето на мнозинските носители на полнеж (Сега, сепак, електричното поле ја спречува струјата на малцинските носители, но овој незначителен фактор нема забележлив ефект врз целокупната спроводливост).

Еднонасочната спроводливост на p-n спојот се користи во полупроводнички диоди. Диода е уред кој спроведува струја само во една насока; во спротивна насока, не поминува струја низ диодата (се вели дека диодата е затворена). Шематски приказ на диодата е прикажан на сл. 12 .

Ориз. 12. Диода

Во овој случај, диодата е отворена во насока од лево кон десно: полнежите се чини дека течат по стрелката (видете ја на сликата?). Во насока од десно кон лево, обвиненијата се чини дека се потпираат на ѕидот - диодата е затворена.

Проводничките честички (молекули, атоми, јони) кои не учествуваат во формирањето на струјата се во термичко движење, а честичките кои ја формираат струјата се истовремено во термичко и насочено движење под влијание на електрично поле. Поради ова се случуваат бројни судири помеѓу честичките кои ја формираат струјата и честичките кои не учествуваат во нејзиното формирање, при што првите се откажуваат од дел од енергијата што ја носат од сегашниот извор на втората. Колку повеќе судири, толку е помала брзината на нарачаното движење на честичките што ја формираат струјата. Како што може да се види од формулата I = enνS, намалувањето на брзината доведува до намалување на струјата. Се нарекува скаларна големина што ја карактеризира својството на проводникот да ја намали струјата отпорност на проводникот.Од формулата на Омовиот закон, отпор Ом - отпорност на проводникот во кој се добива струја на јачина 1 асо напон на краевите на спроводникот од 1 V.

Отпорот на проводникот зависи од неговата должина l, пресекот S и материјалот кој се карактеризира со отпорност Колку е подолг проводникот, толку повеќе судири по единица време на честичките кои ја формираат струјата со честички кои не учествуваат во неговото формирање, и затоа е поголем отпорот на проводникот. Помалку пресекспроводник, толку е погуст протокот на честичките кои ја формираат струјата и почесто тие се судираат со честички кои не учествуваат во неговото формирање и затоа е поголема отпорноста на проводникот.

Под влијание на електричното поле, честичките кои ја формираат струјата се движат забрзано помеѓу судирите, зголемувајќи ја нивната кинетичка енергија поради енергијата на полето. Кога се судираат со честички кои не формираат струја, тие префрлаат дел од нивната кинетичка енергија на нив. Како резултат на тоа, внатрешната енергија на проводникот се зголемува, што надворешно се манифестира во неговото загревање. Ајде да размислиме дали отпорот на проводникот се менува кога се загрева.

Електричното коло содржи калем од челична жица (низа, Сл. 81, а). Откако го затворивме колото, почнуваме да ја загреваме жицата. Колку повеќе го загреваме, толку помалку струја покажува амперметарот. Неговото намалување настанува затоа што при загревање на металите се зголемува нивната отпорност. Така, отпорот на влакно на електрична сијалица кога не е запален е приближно 20 оми, и кога гори (2900 ° C) - 260 оми. Кога металот се загрева, термичкото движење на електроните и стапката на вибрации на јоните се зголемуваат. кристална решетка, како резултат на ова, бројот на судири на електроните што формираат струја со јони се зголемува. Ова предизвикува зголемување на отпорноста на проводникот *. Кај металите, неслободните електрони се многу цврсто врзани за јоните, така што кога металите се загреваат, бројот на слободни електрони практично не се менува.

* (Врз основа на електронската теорија, невозможно е да се изведе точен закон за зависноста на отпорот од температурата. Таков закон е воспоставен квантна теорија, во која електронот се смета како честичка со бранови својства, а движењето на спроводен електрон низ метал е процес на ширење на електронски бранови, чија должина се одредува со релацијата де Броље.)

Експериментите покажуваат дека кога температурата на спроводниците од разни материиЗа ист број степени, нивниот отпор се менува различно. На пример, ако бакарен проводник има отпор 1 ом, потоа по загревањето до 1°Сќе има отпор 1,004 омии волфрам - 1,005 оми.За да се карактеризира зависноста на отпорноста на проводникот од неговата температура, воведена е количина наречена температурен коефициент на отпор. Скаларна количина измерена со промената на отпорноста на проводникот во 1 ом, земена на 0 ° C, од промената на неговата температура за 1 ° C, се нарекува температурен коефициент на отпор α. Значи, за волфрам овој коефициент е еднаков на 0,005 степени -1, за бакар - 0,004 степени -1. Температурен коефициентотпорот зависи од температурата. За металите, малку се менува со температурата. За мал температурен опсег, тој се смета за константен за даден материјал.

Дозволете ни да изведеме формула која го пресметува отпорот на проводникот земајќи ја предвид неговата температура. Да претпоставиме дека R0- отпор на проводник кај 0°С, кога се загрева до 1°Сќе се зголеми за αR 0, и кога се загрева до т°- на αRt°и станува R = R 0 + αR 0 t°, или

Зависноста на отпорноста на металите од температурата се зема предвид, на пример, при производство на спирали за електрични уреди за греење и светилки: должината на спиралната жица и дозволената струја се пресметуваат од нивниот отпор во загреана состојба. Зависноста на отпорот на металите од температурата се користи во отпорните термометри, кои се користат за мерење на температурата на топлинските мотори, гасните турбини, металот во високите печки итн. Овој термометар се состои од тенка платина (никел, железо) спирална рана на порцеланска рамка и ставена во заштитна футрола. Неговите краеви се поврзани со електрично коло со амперметар, чија скала е дипломирана во степени на температура. Кога серпентина се загрева, струјата во колото се намалува, ова предизвикува иглата на амперметарот да се движи, што ја покажува температурата.

Реципроцитетот на отпорот на даден дел или коло се нарекува електричната спроводливост на проводникот(електрична спроводливост). Електрична спроводливост на проводник Колку е поголема спроводливоста на проводникот, толку е помал неговиот отпор и подобро спроведува струја. Име на единицата за електрична спроводливост Отпорност на спроводливост на проводникот 1 омповикани Сименс.

Како што се намалува температурата, отпорот на металите се намалува. Но, постојат метали и легури, чиј отпор, при ниска температура специфична за секој метал и легура, нагло се намалува и станува уникатно мал - речиси еднаков на нула (Сл. 81, б). Доаѓање суперспроводливост- спроводникот практично нема отпор, а штом струјата возбудена во него постои долго време, додека спроводникот е на температура на суперспроводливост (во еден од експериментите, струјата беше забележана повеќе од една година). При минување на густина на струја низ суперпроводник 1200 a/mm 2не е забележано ослободување на топлина. Моновалентните метали, кои се најдобри спроводници на струјата, не се трансформираат во суперспроводлива состојба до екстремно ниските температури на кои се вршени експериментите. На пример, во овие експерименти, бакарот се ладел 0,0156°К,злато - до 0,0204° К.Кога би било можно да се добијат легури со суперспроводливост на обични температури, тоа би било од големо значење за електротехниката.

Според современите концепти, главната причина за суперспроводливост е формирањето на врзани електронски парови. На температура на суперспроводливост, силите на размена почнуваат да дејствуваат помеѓу слободните електрони, предизвикувајќи електроните да формираат врзани електронски парови. Таквиот електронски гас од врзани електронски парови има различни својства од обичниот електронски гас - тој се движи во суперпроводник без триење против јазлите на кристалната решетка.