Германій (і кремній) чотиривалентний, його атомна решітка має форму правильного тетраедра, кожний атом у центрі тетраедра оточений чотирма сусідніми, розміщеними на однакових відстанях від його вершини (рис.2.3.1.) в одній площині решітку германію зображено на рис.2.3.2. Чотири валентні електрони в такій решітці попарно зв'язані між собою ковалентними зв'язками. Попарно зв'язані електрони на рисунку у вигляді двох ліній із знаками «-».
В ідеальній решітці германію всі чотири валентні електрони міцно зв'язані, вільних електронів немає, а тому й струму провідності бути не може. Щоб електрон став вільним, він повинен подолати силу зв'язку. Для цього потрібна додаткова енергія. її електрон дістає при награванні, опроміненні видимим світлом або рентгенівськими променями.
Вільний електрон хаотично переміщується всередині решіток - «дрейфує». При цьому він може знову закріпитися, зайнявши вільне місце. Оскільки причиною «звільнення» електронів є типовий рух, то кількість звільнених електронів залежить від температури.
При температурі, близькій до абсолютного нуля, напівпровідник є ідеальним діелектриком. Слід відмітити, що діелектрики відрізняються від напівпровідників тим, що в них для звільнення електронів потрібна значно більша енергія, ніж у напівпровідників. Після цього слід перейти до розгляду діркової провідності напівпровідників.
|
|
|
|
Для того, щоб у дітей створити правильне у явлення про діркову провідність, автори дано посібника рекомендують скористуватися моделлю атомних кристалів (алмазу, кремнію, карборунду, германію), у вузлах решітки яких перебувають нейтральні атоми. Ці кристали є ізоляторами в звичайних умовах, і лише при наданні їм додаткової енергії під час нагрівання чи освітлення ЇЇ звільнені при цьому частини електронів вони стають провідниками. Під дією теплового руху в атомах порушуються парно електронні (ковалентні) зв'язки, і атоми, які втратили електрон, стають позитивними іонами - у них лишається незаповнений зв'язок. Умовимося ці незаповнені місця в атомах називати «дірками» й говорити, що дірка має позитивний заряд. Проте дірку може нейтралізувати валентний електрон одного із сусідніх атомів. На місце, звідки прибув цей електрон, теж утворюється дірка (позитивний заряд), яка безладно блукатиме по кристалу. Отже, дірки, подібно до валентних електронів, хаотично переміщуються по кристалу.
Проаналізувавши, що концентрації дірок і вільних електронів у чистому напівпровіднику будуть однакові, бо кількість електронів, що звільнилося, дорівнює кількості залишених ними дірок, слід розглянути характер провідності в цьому випадку.
Якщо не буде прикладено напругу до чистого напівпровідника, звільнені електрони рухатимуться в ньому безладно, доки натраплять на атоми, що втратили електрони, й рекомбінують з ними. Якщо ж до напівпровідника буде прикладено напругу, то рух звільнених електронів стає спрямованим.
Утворені дірки теж можуть переміщатися в напівпровіднику безладно у випадку відсутності електричного поля й спрямовано, якщо прикладено напругу. Але напрям переміщення дірок протилежний напряму переміщення вільних електронів. У випадку чистих напівпровідників поява вільного електрона завжди супроводжується появою і дірки, а тому тут можуть одночасно мати місце й електронна, й діркова провідності. Якщо вводити домішки в кристали напівпровідника, то залежно від особливостей цих домішок може виникати електронна й діркова провідність.
Після цього бажано розглянути приклад, коли валентність атомів домішки більша за валентність атома кристала. Якщо в кристалічній решітці чотиривалентного германію один з атомів його замінити атомом п'ятивалентного фосфору, то чотири електрони фосфору зв'яжуться із сусідніми атомами германію, зв'язок п'ятого електрона з атомом послаблюється. Такий електрон може під дією нагрівання легко відриватися від атома домішки й зумовить електронну провідність. Напівпровідники з електронною провідністю називаються напівпровідниками п-типу.
Якщо ж до чотиривалентного германію ввести домішку тривалентного бору, то атоми бору захоплюватимуть електрони атомів германію, створюючи нерухомі негативні іони й вільні місця - дірки. Тоді виникає діркова провідність. Такі напівпровідники називаються провідниками р-типу.
Після цього учням слід розповісти про властивості контакту між двома напівпровідниками, що мають різну провідність. Для пояснення розглядають процес, що відбувається при утворені контакту між електронним і дірковим напівпровідниками. Бажано розглянути різні випадки вмикання запірного шару в коло електричного струму.
1)
Напівпровідник із запірним шаром вмикають в коло з джерелом
постійного
струму так, щоб прикладена різниця потенціалів Е була спрямована
від
електронного напівпровідника до діркового (рис.2.3.3,а). Тоді зовнішня
різниця
потенціалів Е збігається за напрямом з контактною Ек, що зумовить
більше
віддалення електронів і дірок від межі поділу, тобто збільшення опору
запірного
шару й послаблення струму в колі.
2)
Змінюють напрям прикладеної різниці потенціалів на протилежний.
Електрони
й дірки наближатимуться до межі поділу, і опір запірного шару
зменшиться,
а струм у колі збільшиться (рис.2.3.3,6).
|
|
|
|
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.
