Полупроводники в электронике. Полупроводники в электронике Подготовил Студент группы то 11
 Скачать 1.81 Mb.
|
Полупроводники в электроникеПодготовилСтудент группы ТО 1-1Теплинский СергейПолупроводники́ — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры.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 Полупроводники в природеАлмаз Кремний Арсенид индия Арсенид галия Физические свойства полупроводниковR (Ом) t (0C) R0 металл полупроводник Проводимость полупроводников зависит от температуры. В отличие от проводников, сопротивление которых возрастает с ростом температуры, сопротивление полупроводников при нагревании уменьшается. Вблизи абсолютного нуля полупроводники имеют свойства диэлектриков. Электрический ток в полупроводникахПолупроводниками называют вещества, удельное сопротивление которых убывает с повышением температурыК полупроводникам относятся кремний, германий, селен и др.Связь между атомами – парноэлектронная, или ковалентнаяПри низких температурах связи не разрываютсяПОЛУПРОВОДНИКИПроводимость Собственная Примесная Электронная Дырочная Донорная Акцепторная При обычных условиях (невысоких температурах) в полупроводниках отсутствуют свободные заряженные частицы, поэтому полупроводник не проводит электрический ток.Si Si Si Si Si - - - - - - - - «Дырка»При нагревании кинетическая энергия электронов увеличивается и самые быстрые из них покидают свою орбиту. Во время разрыва связи между электроном и ядром появляется свободное место в электронной оболочке атома. В этом месте образуется условный положительный заряд, называемый «дыркой».Si Si Si Si Si - - - + дырка + + свободный электрон - - - - Примесная проводимость полупроводниковДозированное введение в чистый проводник примесей позволяет целенаправленно изменять его проводимость.Поэтому для увеличение проводимости в чистые полупроводники внедряют примеси, которые бывают донорные и акцепторныеПримеси Акцепторные Донорные Полупроводники p-типа Полупроводники n-типа Дырочные полупроводники (р-типа)In + Si Si Si Si - - - - - - - Термин «p-тип» происходит от слова «positive», обозначающего положительный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников, кроме примесной основы, характеризуется дырочной природой проводимости. В четырёхвалентный полупроводник (например, в кремний) добавляют небольшое количество атомов трехвалентного элемента (например, индия). Каждый атом примеси устанавливает ковалентную связь с тремя соседними атомами кремния. Для установки связи с четвёртым атомом кремния у атома индия нет валентного электрона, поэтому он захватывает валентный электрон из ковалентной связи между соседними атомами кремния и становится отрицательно заряженным ионом, вследствие чего образуется дырка. Примеси, которые добавляют в этом случае, называются акцепторными. Электронные полупроводники (n-типа)As Si Si Si Si - - - - - - - - - Термин «n-тип» происходит от слова «negative», обозначающего отрицательный заряд основных носителей. Этот вид полупроводников имеет примесную природу. В четырёхвалентный полупроводник (например, кремний) добавляют примесь пятивалентного полупроводника (например, мышьяка). В процессе взаимодействия каждый атом примеси вступает в ковалентную связь с атомами кремния. Однако для пятого электрона атома мышьяка нет места в насыщенных валентных связях, и он переходит на дальнюю электронную оболочку. Там для отрыва электрона от атома нужно меньшее количество энергии. Электрон отрывается и превращается в свободный. В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам. Примеси, которые добавляют в полупроводники, вследствие чего они превращаются в полупроводники n-типа, называются донорными. Проводимость полупроводниковДонорные примеси - это примеси, отдающие лишний валентный электронПолупроводники с донорными примесями обладают электронной проводимостью и называются полупроводниками n–типа.Акцепторные примеси – это примеси, у которых не достает электронов для образования полной ковалентной связи с соседними атомами.Полупроводники с акцепторными примесями обладают дырочной проводимостью и называются полупроводниками p-типа.Валентный электрон соседнего атома, притягиваясь к дырке, может перескочить в нее (рекомбинировать). При этом на его прежнем месте образуется новая «дырка», которая затем может аналогично перемещаться по кристаллу.Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение освободившихся электронов и «дырок» происходит беспорядочно и поэтому не создаёт электрического тока.Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядоченное (встречное) движение, образуя электрический ток. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников. При этом движение электронов создаёт электронную проводимость, а движение дырок – дырочную проводимость.ДиодПолупроводниковый диод — полупроводниковый прибор с одним электрическим переходом и двумя выводами (электродами).В отличие от других типов диодов, принцип действия полупроводникового диода основывается на явлении p-n-перехода.Впервые диод изобрел Джон Флемминг в 1904 году.Типы и применение диодовДиоды применяются в:
Диод выпрямительный, столб выпрямительныйТранзисторЭлектронный прибор из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи.Обычно используется для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs впервые создали действующий биполярный транзистор.Транзистор типа p-n-pТранзистор типа n-p-n Схематическое обозначение Спасибо за внимание |