Эссе "Электрический ток через контакт полупроводников"

Электрический ток через контакт полупроводников

Сегодня на школьной научной конференций выступал Дмитрий, друг Сережи. Он хотел выступить на этой конференции, поскольку мама обещала ему купить компьютер. Ну, конечно же, если же Дима хорошо подготовится и выступит.

Учительница физики Анна Ивановна, весьма уважаемая учениками, поскольку знает практически все, объявила тему очередного доклада «Электрический ток через контакт полупроводников» и докладчика – Диму.

Дима рассказал об явлениях, происходящих при приведении в контакт двух полупроводников разных типов проводимости (n- и p-типов):

- физический контакт двух полупроводников с разным типом проводимости называют p–n- или n–p-переходом;

- в каждом из полупроводников имеются основные носители (свободные электроны или дырки) и неосновные (соответственно, дырки или свободные электроны);

- через контакт протекают одновременно два типа токов: основных носителей и неосновных;

- протекание через контакт основных носителей называется – прямым переходом, обратных – обратным переходом;

- как только полупроводники соединили, между ними сразу же возникает электрическое поле и начинается диффузия электрических зарядов. После того, как заряды минуют друг друга, между ними возникает обратное поле и возникает запирающий слой (благодаря этому возможна работа диодов). Диффузия, основных зарядов, прекращается. Однако диффузия неосновных носителей продолжается, поскольку запирающее поле останавливает движение только основных носителей, а неосновные носители оно наоборот заставляет двигаться (благодаря этому возможна работа транзисторов).

Максим, увлекающийся электронными системами, спросил:

- Дима, разъясни, пожалуйста, поподробнее, почему неосновные носители движутся, а основные – нет.

Дима Максиму ответил:

- Максим, в областях, где основные носители – это отрицательные свободные электроны, неосновными являются положительные дырки (разрывы в электронной плотности) и наоборот.

С позиции микрофизики: в результате диффузии свободных и находящихся рядом с дырками электронов, осуществляемой в одном направлении: в p-полупроводнике, формируется область – с отрицательным зарядом, а в n-полупроводнике создается область с положительным зарядом. Поэтому возникает электрическое поле, направленное от дырок (n-полупроводник) к свободным электронам (p-полупроводник). Соответственно, возникает движение электронов (неосновных носителей), в обратную строну.

И с позиции макрофизики, это выглядит как движение дырок и электронов вдоль создавшегося электрического поля.

Виолетта, очень внимательная девочка, спросил Диму:

- Дима, скажи, пожалуйста, где используются полупроводниковые приборы?

Дима ответил:

- к полупроводниковым приборам относятся диоды (выпрямители, стабилизаторы, осветители в фонариках и светофорах, генераторы тока в солнечных батареях), транзисторы (микросхемы, микропроцессоры).

После этого, ведущая конференцию учительница физики Анна Ивановна, сказала ребятам:

- спасибо, Дима, проходите на свое место. А сейчас будет следующий доклад.

Список литературы

1. Физика. 10 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений / Г.Я.Мякишев, Б.Б.Буховцев, Н.Н.Сотский; Под ред. проф. В.И.Николаева, проф. Н.А.Парфентьевой – 4-е изд., – М.: Просвещение, 2018.
2. Физика. 8 класс. В 2 ч. Ч.1: учебник для общеобразовательных организаций /Л.Э.Генденштейн, А.Б.Кайдалов; под ред. В.А.Орлова, И.И.Ройзена – 9-е изд., стер. – М.: Мнемозина, 2015.
3. Квантовая механика: монография / Альберт Мессиа, перевод с французского под ред. Л.Д.Фаддева – М.: Наука, 1978.
4. Сайт Википедии: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D1%83%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B8%D0%BA