Электрический ток в проводниках и полупроводниках

      Строение  полупроводников.

      Для того чтобы включить транзисторный  приемник, знать ничего не надо. Но чтобы его создать, надо было знать очень много и обладать незаурядным талантом. Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и трудно. Сначала надо познакомиться с механизмом проводимости в полупроводниках. А для этого придется вникнуть в природу связей, удерживающих атомы полупроводникового кристалла друг возле друга. Для примера рассмотрим кристалл кремния.

      Кремний – четырехвалентный элемент. Это  означает, что во внешней оболочке атома имеются четыре электрона, сравнительно слабо связанные с ядром. Число ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем. Плоская схема структуры кристалла кремния изображена на рисунке 4.

      Взаимодействие  пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной связи, называемой ковалентной связью. В образовании этой связи от каждого атома участвует по одному валентному электрону, которые отщепляют от атомов (коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.

      Парноэлектронные  связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре  не проводит электрический ток. Участвующие  в связи атомов валентные электроны прочно привязаны к электрической решетке, и внешнее электрическое поле не оказывает заметное влияние на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия. 

       Электронная проводимость.

      При нагревании кремния кинетическая энергия  валентных электронов повышается, и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои «проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образуя электрический ток (рис. 5).

      Проводимость  полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При  повышении температуры число  разорванных связей, а значит, и  свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300 до 700К число свободных электронов увеличивается от 10¹⁷ до 10²⁴ 1/м³. Это приводит к уменьшению сопротивления.

      Дырочная  проводимость.

      При разрыве связи образуется вакантное  место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеются  избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, нормальными связями.

      Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит следующий  процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов, перескакивает на место  образовавшейся дырки и восстанавливает здесь парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.

      Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и дырочной проводимостью.

      Мы  рассмотрели механизм проводимости идеальных полупроводников. Проводимость при этих условиях называют собственной  проводимостью полупроводников.

      Проводимость  чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная проводимость). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  литературы 

1. Г.  Я. Мякишев, Б. Б. Буховцев: «Физика 10 кл.», Просвещение, М. 1990 г.