Творческая работа "Свойства полупроводников"

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Югорский государственный университет»

НИЖНЕВАРТОВСКИЙ НЕФТЯНОЙ ТЕХНИКУМ (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего образования

«Югорский государственный университет»

ОУДб Физика

Творческая работа

Свойства полупроводников

3СЭГ01

Разработал                                                                               Гильманов Е.М.

Руководитель                                                                           Кутов А.Х                          

Нижневартовск, 2020

                             СВОЙСТВА ПОЛУПРОВОДНИКОВ   

 Полупроводники - широкий класс веществ, характеризующийся значениями удельной электропроводности d, лежащей в диапазоне между удельной электропроводностью металлов и хороших диэлектриков, то есть эти вещества не могут быть отнесены как к диэлектрикам (так как не являются хорошими изоляторами), так и к металлам (не являются хорошими проводниками электрического тока). К полупроводникам, например, относят такие вещества какгерманий, кремний, селен, теллур, а также некоторые оксиды, сульфиды и сплавыметаллов.Полупроводники долгое время не привлекали особого внимания ученых иинженеров. Одним из первых начал систематические исследования физическихсвойств полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Онвыяснил что полупроводники - особый класс кристаллов со многимизамечательными свойствами:1) С повышением температуры удельное сопротивление полупроводниковуменьшается, в отличие от металлов, у которых удельное сопротивление сповышением температуры увеличивается. Причем как правило в широком интервалетемператур возрастание это происходит равномерно:    

d = dо ∙ exp. (-ea / kT )где eа - так называемая энергия активации проводимости, dо - коэффициент зависящий от температурыУдельное сопротивление полупроводниковых кристаллов может также уменьшатсяпри воздействии света или сильных электронных полей.2)  Свойство односторонней проводимости контакта двух полупроводников.Именно это свойство используется при создании разнообразных полупроводниковыхприборов: диодов, транзисторов, тиристоров и др.3) Контакты различных полупроводников в определенных условиях при освещенииили нагревании являются источниками фото - э. д. с. или, соответственно, термо - э. д. с. 

               СТРОЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ И ИХ ДЕЙСТВИЕ

 Как было уже сказано, полупроводники представляют собой особый класс кристаллов.  Валентные электроны образуют правильные ковалентные связи,схематически представленные на рис.1 . Такой идеальный полупроводниксовершенно не проводит электрического тока (при отсутствии освещения ирадиационного облучения) .Так же как и в непроводниках электроны в полупроводниках связаны с атомами,однако данная связь очень непрочная. При повышении температуры( T>0 K) ,освещении или облучении электронные связи могут разрываться, чтоприведет к отрыву электрона от атома . Такой электрон являетсяносителем тока. Чем выше температура полупроводника, тем выше концентрацияэлектронов проводимости, следовательно, тем меньше удельное сопротивление.Таким образом, уменьшение сопротивления полупроводников при нагреванииобусловлено увеличением концентрации носителей тока в нем.В отличии от проводников носителями тока в полупроводниковых веществах могутбыть не только электроны , но и «дырки» . При потере электрона одним изатомов полупроводника на его орбите остается пустое место-«дырка» привоздействии электрическим поле на кристалл «дырка » как положительный зарядперемещается в сторону вектора E, что фактически происходит благодаря разрывуодних связей и восстановление других. «Дырку» условно можно считать частицей, несущей положительный заряд. 

                                           ПРИМЕСНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ                 

  Один и тот же полупроводник обладает либо электронной ,либо дырочной проводимостью - это зависит от химического состава введенных примесей. Примесиоказывают сильное воздействие на электропроводимость полупроводников:так, например , тысячные доли процентов примесей могут в сотни тысяч разуменьшить их сопротивление . Этот факт, с одной стороны , указывает навозможность изменение свойств полупроводников, с другой стороны, онсвидетельствует о трудностях технологии при изготовлении полупроводниковыхматериалов с заданными характеристиками.Рассматривая механизм влияния примесей на электропроводимостьполупроводников, следует рассматривать два случая: 

                                     ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОВОДИМОСТЬ  

   Добавка в германий примесей, богатых электронами , например мышьяка или сурьмы позволяет получить полупроводник с электронной проводимостью или полупроводник n - типа ( от латинского слова «негативус» - «отрицательный»). Один из валентных электронов мышьяка не участвует в связях с другими атомами. При повышении температуры электрон может быть оторван от атома и темсамым создает электронную проводимость . Примеси создающие такую электропроводимость называют донорными. 

                                      ДЫРОЧНАЯ ПРОВОДИМОСТЬ  

 Добавка в тот же германий алюминия, галлия или индия создает в кристалле избыток дырок. Тогда полупроводник будет обладать дырочной проводимостью - полупроводник p - типа.Дырочная примесная электропроводимость создается атомами имеющими меньшееколичество валентных электронов, чем основные атомы. Представим электронные связи германия с примесью бора. При 0 К все связи укомплектованы, только у бора не хватает одной связи. Однакопри повышении температуры бор может насытить свои связи за счет электроновсоседних атомов.Подобные примеси называются акцепторными. 

                                     ЖИДКИЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

    Плавление многих кристаллических полупроводников сопровождается резким увеличением их электропроводности Q до значений типичных для металлов (см рис.5а). Однако для ряда полупроводников (например HgSe, HgTe и. т. д.)характерно сохранение или уменьшение Q при плавлении и сохранениеполупроводниками характера температурной зависимости Q (см рис. 5б).Некоторые Жидкие полупроводники при дальнейшем повышении температуры теряютполупроводниковые свойства и приобретают металлические (например сплавы Te -Se, богатые Te). Сплавы же Te - Se, богатые Se ведут себя иначе, ихэлектропроводность имеет чисто полупроводниковый характер.В Жидких полупроводниках роль запрещенной зоны играет область энергии вблизиминимума плотности состояний в энергетическом спектре электронов.При достаточно глубоком минимуме в его окрестности появляется зона почтилокализованных состояний носителей зарядов с малой подвижностью (щель).Если при повышении температуры происходит «схлопывание» щелей, жидкийполупроводник превращается в металл. 

                               ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

  Наиболее важные для техники полупроводниковые приборы - диоды, транзисторы, тиристоры основаны на использовании замечательных материалов с электронной или дырочной проводимостью. Широкое применение полупроводников началось сравнительно недавно, а сейчасони получили очень широкое применение. Они преобразуют световую и тепловуюэнергию в электрическую и, наоборот, с помощью электричества создают тепло ихолод. Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и вквантовом генераторе - лазере, в крошечной атомной батарее и вмикропроцессорах.Инженеры не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей,переключателей и усилителей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковойпозволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств,снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность.

                                                        ВЫВОД 

    Полупроводники – это сравнительно новые материалы, с помощью которых на протяжении последних десятилетий удаётся разрешать ряд чрезвычайно важных электротехнических задач.

Полупроводниковые приборы можно встретить в обычном радиоприемнике и в квантовом генераторе - лазере, в крошечной атомной батарее и в микропроцессорах.

 Инженеры не могут обходиться без полупроводниковых выпрямителей, переключателей и усилителей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковой позволила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и резко увеличить надежность.   

В настоящее время насчитывается свыше двадцати различных областей, в которых с помощью полупроводников разрешаются важнейшие вопросы эксплуатации машин и механизмов, контроля производственных процессов, получения электрической энергии, усиления высокочастотных колебаний и генерирования радиоволн, создания с помощью электрического тока тепла или холода, и для осуществления многих других процессов.