Примесная проводимость полупроводников. Электронно–дырочный переход и его использование в технике.

в 1 см 3 германия – атомов, n=3*10 13 см 3 - число свободных электронов при комнатной температуре

Введение примеси (0, % атомов) увеличивает проводимость вдвое % от общего числа атомов- проводимость возрастает в 10 5 раз. Введение 1% примеси до миллиарда раз увеличивает концентрацию носителей заряда, а значит и проводимость (до 10 9 ).

Задача- установить и изучить закономерности протекания тока в примесных полупроводниках.

План урока 1. Модель электрического тока в примесных полупроводниках. 1). Донорные примеси. 2). Акцепторные примеси. 3). Модель электрического тока в полупроводнике n-типа. 4). Модель электрического тока в полупроводнике p-типа. 5). Основные закономерности протекания электрического тока в полупроводниках n-типа и p-типа: а) зависимость силы тока от напряжения; б) зависимость силы тока от температуры. 2. Электронно-дырочный переход. 1). Модель p-n перехода. 2) Основные закономерности протекания электрического тока в p-n переходе: а) поведение запирающего слоя при создании источником тока электрического поля; б) экспериментальное доказательство; в) зависимость силы тока от напряжения при прямом и обратном p-n переходе; г) основное свойство p-n перехода. 3. Применение свойств p-n перехода. 4. Подведение итогов урока.

1. Модель электрического тока в примесных полупроводниках. Донорная примесь – 1 вариант Акцепторная примесь – 2 вариант

План составления модели электрического тока в p- и n- типа. 1. Структурные единицы: атомы, положительные ионы, свободные электроны, дырки. 2. Атомы и ионы расположены упорядоченно, в узлах кристаллической решётки; дырки и свободные электроны – беспорядочно, по всему объёму полупроводника. 3. Атомы и ионы колеблются около положений равновесия; дырки перемещаются вдоль направления силовых линий поля, электроны – против. 4. Атомы и ионы препятствуют направленному движению носителей заряда. 5. Макропараметры: I - сила тока, U – напряжение, T- температура. Микропараметры: e и q д - заряд электрона и дырки, n эл и n д – концентрация электронов и дырок, υ эл и υ д – скорость направленного движения электронов и дырок).

Основные закономерности протекания электрического тока в полупроводниках n- типа и p-типа Зависимость силы тока от напряжения: I (U)-?

Как зависит сила тока от напряжения у полупроводников n-типа: I (U) -?

Как зависит сила тока от напряжения для полупроводников p-типа: I (U) -?

I ~ U

V э, V д n э, n д T I

Дырки не являются реальными частицами. В обоих видах проводимости полупроводников движутся только валентные электроны. Электронная проводимость обусловлена направленным движением свободных электронов, а дырочная вызвана движением связанных электронов, которые переходят от атома к атому, поочерёдно замещают друг друга в связях, что эквивалентно движению дырок в противоположном направлении. Фиктивная частица – дырка вводится лишь для простоты описания сложного процесса движения электронов в полупроводнике.

Электронно – дырочный переход p-n- переход

Модель p-n-перехода

План изучения микропроцессов, происходящих при соединении полупроводников p- и n- типа. Что такое p-n –переход? Что происходит при соединении таких полупроводников? Что образуется на границе между полупроводниками p- и n- типа? Каковы особенности запирающего слоя ? Что скажете о собственном электрическом поле запирающего слоя? Когда прекращается диффузия электронов и дырок? P-n- переход имеет большое сопротивление.

Электроны из n в p,оставляя в n ионы; Дырки из p в n, оставляя в p ионы, на границе между этими областями кристалла образуется тонкий двойной слой разноимённо заряженных ионов, расположенных друг от друга на расстоянии примерно м; б) напряжение электрического поля электронно- дырочного перехода – десятые доли вольта ( U= 0,4 -0,67В); в) напряжённость поля электронно-дырочного перехода E= = 4*10 В/м ; г) электрическое поле электронно-дырочного перехода противодействует диффузии основных носителей тока.

Основные закономерности протекания электрического тока в полупроводниках n- и p- типа

Роль внешнего электрического поля: или усиливает электрическое поле электронно- дырочного перехода (когда n-область кристалла подключена к отрицательному полюсу источника), или ослабляет (когда n-область кристалла подключена к положительному полюсу источника); при изменении полярности внешнего источника ток, проходящий через кристалл, может измениться в миллион раз! Вывод: p-n- переход проводит электрический ток в одном направлении и не проводит в другом, то есть основное свойство p-n-перехода – односторонняя проводимость.

Применение свойств p-n- перехода.

p n

назад

P N P N тиристор

Тиристор Структура тиристора Тиристором называется управляемый трехэлектродный полупроводниковый прибор, состоящий из чередующихся четырех кремниевых слоев типа р и n. Полупроводниковый прибор с четырехслойной структурой представлен на рис. 1. Крайнюю область р-структуры, к которой подключается положительный полюс источника питания, принято называть анодом, а крайнюю область n, к которой подключается отрицательный полюс этого источника, - катодом. Рис.1. Структура и обозначение тиристора

тиристор

Двухтранзисторная модель тиристора

Симистор Увеличив число полупроводниковых слоев тиристора с четырех до пяти и снабдив его управляющим электродом, ученые обнаружили, что прибор с такой структурой (названный впоследствии симистором) способен пропускать электрический ток как в прямом, так и в обратном направлениях.

Тест. 1. Назовите носители свободного заряда в полупроводниках p-типа: А. Только электроны. Б. Только дырки. В. Электроны и дырки, но электронов больше. Г. Электроны и дырки, но дырок больше. Д. Электроны и дырки, число которых одинаково. 2. Назовите носители свободного заряда в полупроводниках n-типа: А. Только электроны. Б. Только дырки. В. Электроны и дырки, но электронов больше. Г. Электроны и дырки, но дырок больше. Д. Электроны и дырки, число которых одинаково. 3. Какой элемент надо добавить к германию, чтобы получить полупроводник p- типа? А.Кремний. Б. Индий. В. Мышьяк. Г. Фосфор. Д. Олово. 4. Какой элемент надо добавить к кремнию, чтобы получить полупроводник n-типа? А. Индий. Б. Германий. В. Мышъяк. Г. Олово. Д. Галлий. 5. Каковы основные различия между полупроводниками с электронной проводимостью и металлами? 6. Будет ли наблюдаться у полупроводников явление сверхпроводимости? Почему?