Կիսահաղորդիչները նյութերի դաս են, որոնցում ջերմաստիճանի բարձրացման հետ մեկտեղ մեծանում է հաղորդունակությունը և նվազում է էլեկտրական դիմադրությունը: Այս կիսահաղորդիչները սկզբունքորեն տարբերվում են մետաղներից:

Տիպիկ կիսահաղորդիչներն են գերմանիումի և սիլիցիումի բյուրեղները, որոնցում ատոմները միավորված են կովալենտային կապով։ Կիսահաղորդիչներն ունեն ազատ էլեկտրոններ ցանկացած ջերմաստիճանում: Ազատ էլեկտրոններ արտաքին ազդեցության տակ էլեկտրական դաշտկարող է շարժվել բյուրեղի մեջ՝ ստեղծելով հաղորդման էլեկտրոնային հոսանք։ Բյուրեղային ցանցի ատոմներից մեկի արտաքին թաղանթից էլեկտրոնի հեռացումը հանգեցնում է այս ատոմի վերափոխմանը դրական իոնի։ Այս իոնը կարող է չեզոքացվել հարեւան ատոմներից մեկից էլեկտրոն բռնելով։ Այնուհետև, էլեկտրոնների ատոմներից դրական իոնների անցման արդյունքում բացակայող էլեկտրոն ունեցող վայրի բյուրեղում տեղի է ունենում քաոսային շարժման գործընթաց։ Արտաքինից այս գործընթացը ընկալվում է որպես դրական էլեկտրական լիցքի շարժում, որը կոչվում է փոս.

Երբ բյուրեղը տեղադրվում է էլեկտրական դաշտում, տեղի է ունենում անցքերի պատվիրված շարժում՝ անցքի հաղորդման հոսանք։

Իդեալական կիսահաղորդչային բյուրեղում էլեկտրական հոսանք է առաջանում հավասար թվով բացասաբար լիցքավորված էլեկտրոնների և դրական լիցքավորված անցքերի շարժումից։ Իդեալական կիսահաղորդիչների հաղորդունակությունը կոչվում է ներքին հաղորդունակություն:

Կիսահաղորդիչների հատկությունները մեծապես կախված են կեղտերի պարունակությունից: Կեղտերը լինում են երկու տեսակի՝ դոնոր և ընդունող։

Էլեկտրոններ նվիրաբերող և էլեկտրոնային հաղորդունակություն առաջացնող կեղտերը կոչվում են դոնոր(հիմնական կիսահաղորդչի վալենտությունից ավելի մեծ վալենտություն ունեցող կեղտեր): Կիսահաղորդիչները, որոնցում էլեկտրոնների կոնցենտրացիան գերազանցում է անցքերի կոնցենտրացիան, կոչվում են n տիպի կիսահաղորդիչներ։

Այն կեղտը, որը գրավում է էլեկտրոնները և դրանով իսկ ստեղծում շարժական անցքեր՝ առանց հաղորդման էլեկտրոնների քանակի ավելացման, կոչվում են ընդունող(հիմնական կիսահաղորդչի վալենտությունից պակաս վալենտություն ունեցող կեղտեր):

Ցածր ջերմաստիճանի դեպքում անցքերը հիմնական հոսանքի կրողներն են կիսահաղորդչային բյուրեղի մեջ, որն ունի ընդունիչ կեղտ, իսկ էլեկտրոնները հիմնական կրիչները չեն: Կիսահաղորդիչները, որոնցում անցքերի կոնցենտրացիան գերազանցում է հաղորդիչ էլեկտրոնների կոնցենտրացիան, կոչվում են անցքային կիսահաղորդիչներ կամ p-տիպի կիսահաղորդիչներ։ Դիտարկենք երկու կիսահաղորդիչների շփումը տարբեր տեսակի հաղորդունակությամբ:

Մեծամասնության կրիչների փոխադարձ տարածումը տեղի է ունենում այս կիսահաղորդիչների սահմանով. էլեկտրոնները n-կիսահաղորդիչից ցրվում են դեպի p-կիսահաղորդիչ, և անցքեր p-ի կիսահաղորդիչից դեպի n-կիսահաղորդիչ: Արդյունքում, կոնտակտին հարող n կիսահաղորդչի հատվածը կթուլանա էլեկտրոններով, և դրա մեջ ավելորդ դրական լիցք կառաջանա՝ մերկ աղտոտված իոնների առկայության պատճառով։ Փոսերի տեղաշարժը p կիսահաղորդիչից դեպի n կիսահաղորդիչ հանգեցնում է ավելցուկային բացասական լիցքի առաջացմանը p կիսահաղորդչի սահմանային շրջանում։ Արդյունքում առաջանում է կրկնակի էլեկտրական շերտ, և առաջանում է կոնտակտային էլեկտրական դաշտ, որը կանխում է հիմնական լիցքակիրների հետագա դիֆուզիան։ Այս շերտը կոչվում է կողպում.

Արտաքին էլեկտրական դաշտը ազդում է պատնեշի շերտի էլեկտրական հաղորդունակության վրա: Եթե ​​կիսահաղորդիչները միացված են աղբյուրին, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 55, այնուհետև արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ հիմնական լիցքակիրները՝ ազատ էլեկտրոնները n-կիսահաղորդիչում և անցքերը p-կիսահաղորդիչում, կշարժվեն միմյանց ուղղությամբ մինչև կիսահաղորդիչների միջերեսը, մինչդեռ p-n-ի հաստությունը հանգույցը նվազում է, հետևաբար, նրա դիմադրությունը նվազում է: Այս դեպքում ընթացիկ ուժը սահմանափակվում է արտաքին դիմադրությամբ: Արտաքին էլեկտրական դաշտի այս ուղղությունը կոչվում է ուղիղ: p-n-հանգույցի ուղիղ միացումը համապատասխանում է ընթացիկ-լարման բնութագրիչի 1-ին հատվածին (տես նկ. 57):

Էլեկտրական հոսանքի կրիչները տարբեր լրատվամիջոցներում և հոսանք-լարման բնութագրիչներում ամփոփված են Աղյուսակում: 1.

Եթե ​​կիսահաղորդիչները միացված են աղբյուրին, ինչպես ցույց է տրված Նկ. 56, այնուհետև n-կիսահաղորդչի էլեկտրոնները և p-կիսահաղորդչի անցքերը արտաքին էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ կշարժվեն սահմանից մինչև հակառակ կողմերը. Արգելքի շերտի հաստությունը և, հետևաբար, դրա դիմադրությունը մեծանում են: Արտաքին էլեկտրական դաշտի այս ուղղությամբ - հակադարձ (արգելափակող) միջերեսով անցնում են միայն աննշան լիցքավորման կրիչներ, որոնց կոնցենտրացիան շատ ավելի քիչ է, քան հիմնականները, իսկ հոսանքը գործնականում զրոյական է: Pn հանգույցի հակառակ ընդգրկումը համապատասխանում է ընթացիկ-լարման բնութագրիչի 2 հատվածին (նկ. 57):

Երյուտկին Եվգենի Սերգեևիչ
Մոսկվայի №1360 միջնակարգ դպրոցի բարձրագույն որակավորման կարգի ֆիզիկայի ուսուցիչ

Եթե ​​դուք ուղիղ միացնեք, ապա արտաքին դաշտը կչեզոքացնի արգելափակման դաշտը, իսկ հոսանքը կկատարվի հիմնական լիցքակիրների կողմից։

Բրինձ. 9. p-n հանգույցուղիղ միացումով ()

Այս դեպքում փոքրամասնությունների կրողների հոսանքն աննշան է, այն գործնականում բացակայում է։ Հետևաբար, p-n հանգույցն ապահովում է էլեկտրական հոսանքի միակողմանի անցում:

Բրինձ. 10. Սիլիցիումի ատոմային կառուցվածքը ջերմաստիճանի աճով

Կիսահաղորդիչների հաղորդունակությունը էլեկտրոն-անցք է, և այդպիսի հաղորդումը կոչվում է ներքին հաղորդում: Եվ ի տարբերություն հաղորդիչ մետաղների, երբ ջերմաստիճանը մեծանում է, ազատ լիցքերի քանակը պարզապես ավելանում է (առաջին դեպքում այն ​​չի փոխվում), ուստի կիսահաղորդիչների հաղորդունակությունը մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ, իսկ դիմադրությունը նվազում է:

Կիսահաղորդիչների ուսումնասիրության մեջ շատ կարևոր խնդիր է դրանցում կեղտերի առկայությունը: Իսկ կեղտերի առկայության դեպքում պետք է խոսել անմաքրության հաղորդունակության մասին։

Փոխանցվող ազդանշանների փոքր չափը և շատ բարձր որակը կիսահաղորդչային սարքերը դարձրել են շատ տարածված ժամանակակից էլեկտրոնային տեխնոլոգիաների մեջ: Նման սարքերի կազմը կարող է ներառել ոչ միայն վերոհիշյալ սիլիցիումը՝ կեղտերով, այլ նաև, օրինակ, գերմանիում։

Այդ սարքերից մեկը դիոդն է՝ սարք, որը կարող է հոսանք փոխանցել մի ուղղությամբ և կանխել այն մյուս ուղղությամբ: Այն ստացվում է մեկ այլ տեսակի կիսահաղորդիչի մեջ p- կամ n-ի կիսահաղորդչային բյուրեղի մեջ ներդնելով:

Բրինձ. 11. Դիոդի նշանակումը դիագրամի վրա և դրա սարքի դիագրամը, համապատասխանաբար.

Մեկ այլ սարք, որն այժմ ունի երկու p-n հանգույցներ, կոչվում է տրանզիստոր: Այն ծառայում է ոչ միայն ընթացիկ հոսքի ուղղությունը ընտրելու, այլև այն փոխակերպելու համար:

Բրինձ. 12. Տրանզիստորի կառուցվածքի սխեման և էլեկտրական շղթայի վրա դրա նշանակումը, համապատասխանաբար ()

Պետք է նշել, որ ժամանակակից միկրոսխեմաներում օգտագործվում են դիոդների, տրանզիստորների և այլ էլեկտրական սարքերի բազմաթիվ համակցություններ:

Վրա հաջորդ դասմենք կդիտարկենք էլեկտրական հոսանքի տարածումը վակուումում։

1. Տիխոմիրովա Ս.Ա., Յավորսկի Բ.Մ. Ֆիզիկա ( հիմնական մակարդակըՄ.: Մնեմոսինե: 2012 թ
2. Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Ֆիզիկա 10 դասարան. Մ.: Իլեքսա: 2005թ
3. Մյակիշև Գ.Յա., Սինյակով Ա.Զ., Սլոբոդսկով Բ.Ա. Ֆիզիկա. Էլեկտրոդինամիկա Մ.: 2010 թ

1. Սարքերի շահագործման սկզբունքները ().
2. Ֆիզիկայի և տեխնիկայի հանրագիտարան ().

1. Ինչն է առաջացնում հաղորդիչ էլեկտրոններ կիսահաղորդիչում:
2. Ի՞նչ է կիսահաղորդչի ներքին հաղորդունակությունը:
3. Ինչպե՞ս է կիսահաղորդչի հաղորդունակությունը կախված ջերմաստիճանից:
4. Ո՞րն է տարբերությունը դոնորի անմաքրության և ընդունող անմաքրության միջև:
5. * Որքա՞ն է սիլիցիումի հաղորդունակությունը ա) գալիումի, բ) իդիումի, գ) ֆոսֆորի, դ) անտիմոնի խառնուրդով:

Կիսահաղորդիչները միջանկյալ տեղ են զբաղեցնում էլեկտրական հաղորդունակության մեջ էլեկտրական հոսանքի հաղորդիչների և ոչ հաղորդիչների միջև: Կիսահաղորդիչների խումբը ներառում է շատ ավելի շատ նյութեր, քան հաղորդիչների և ոչ հաղորդիչների խմբերը միասին վերցրած։ Կիսահաղորդիչների առավել բնորոշ ներկայացուցիչները, որոնք գտել են գործնական օգտագործումՏեխնոլոգիայում կան գերմանիում, սիլիցիում, սելեն, թելուր, մկնդեղ, պղնձի օքսիդ և հսկայական քանակությամբ համաձուլվածքներ և քիմիական միացություններ. Մեզ շրջապատող աշխարհի գրեթե բոլոր անօրգանական նյութերը կիսահաղորդիչներ են: Բնության մեջ ամենատարածված կիսահաղորդիչը սիլիցիումն է, որը կազմում է երկրակեղեւի մոտ 30%-ը։

Կիսահաղորդիչների և մետաղների որակական տարբերությունը դրսևորվում է հիմնականում ջերմաստիճանից դիմադրողականության կախվածությամբ։ Ջերմաստիճանի նվազմամբ մետաղների դիմադրությունը նվազում է։ Կիսահաղորդիչներում, ընդհակառակը, ջերմաստիճանի նվազման դեպքում դիմադրությունը մեծանում է և մոտենում բացարձակ զրոդրանք գործնականում դառնում են մեկուսիչներ։

Կիսահաղորդիչներում ազատ լիցքակիրների կոնցենտրացիան մեծանում է ջերմաստիճանի բարձրացման հետ։ Կիսահաղորդիչներում էլեկտրական հոսանքի մեխանիզմը չի կարող բացատրվել ազատ էլեկտրոնային գազի մոդելի շրջանակներում:

Գերմանիումի ատոմներն իրենց արտաքին թաղանթում ունեն չորս թույլ կապված էլեկտրոններ:Դրանք կոչվում են վալենտային էլեկտրոններ։ Բյուրեղային ցանցում յուրաքանչյուր ատոմ շրջապատված է չորս ամենամոտ հարեւաններով: Գերմանիումի բյուրեղում ատոմների միջև կապը կովալենտ է, այսինքն՝ իրականացվում է վալենտային էլեկտրոնների զույգերով։ Յուրաքանչյուր վալենտային էլեկտրոն պատկանում է երկու ատոմի: Գերմանիումի բյուրեղներում վալենտային էլեկտրոնները շատ ավելի ուժեղ են կապված ատոմների հետ, քան մետաղներում. հետևաբար, կիսահաղորդիչներում հաղորդիչ էլեկտրոնների կոնցենտրացիան սենյակային ջերմաստիճանում շատ կարգով ավելի ցածր է, քան մետաղներում: Գերմանիումի բյուրեղում բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանի մոտ բոլոր էլեկտրոնները ներգրավված են կապերի ձևավորման մեջ: Նման բյուրեղը էլեկտրականություն չի փոխանցում:

Երբ ջերմաստիճանը բարձրանում է, որոշ վալենտային էլեկտրոններ կարող են բավականաչափ էներգիա ստանալ կոտրվելու համար կովալենտային կապեր. Այնուհետև բյուրեղում կհայտնվեն ազատ էլեկտրոններ (հաղորդական էլեկտրոններ): Միևնույն ժամանակ, կապի խզման վայրերում ձևավորվում են թափուր տեղեր, որոնք էլեկտրոններով չեն զբաղեցնում։ Այս թափուր աշխատատեղերը կոչվում են «անցքեր»:

Տրված կիսահաղորդչի ջերմաստիճանում միավոր ժամանակում առաջանում են որոշակի թվով էլեկտրոն-անցք զույգեր։ Միևնույն ժամանակ, ընթանում է հակառակ գործընթացը՝ երբ ազատ էլեկտրոնը հանդիպում է անցքին, վերականգնվում է գերմանիումի ատոմների միջև էլեկտրոնային կապը։ Այս գործընթացը կոչվում է ռեկոմբինացիա: Էլեկտրոն-անցք զույգեր կարող են առաջանալ նաև, երբ կիսահաղորդիչը լուսավորվում է էլեկտրամագնիսական ճառագայթման էներգիայի շնորհիվ:

Եթե ​​կիսահաղորդիչը տեղադրվում է էլեկտրական դաշտում, ապա պատվիրված շարժման մեջ ներգրավված են ոչ միայն ազատ էլեկտրոններ, այլեւ անցքեր, որոնք իրենց դրական լիցքավորված մասնիկների նման են պահում։ Հետևաբար, I հոսանքը կիսահաղորդիչում էլեկտրոնային I n և անցքի I p հոսանքների գումարն է. I = I n + I p.

Հաղորդման էլեկտրոնների կոնցենտրացիան կիսահաղորդիչում հավասար է անցքերի կոնցենտրացիային՝ n n = n p . Հաղորդման էլեկտրոնային անցքի մեխանիզմը դրսևորվում է միայն մաքուր (այսինքն՝ առանց կեղտերի) կիսահաղորդիչների մեջ։ Այն կոչվում է սեփական էլեկտրական հաղորդունակությունկիսահաղորդիչներ.

Կեղտերի առկայության դեպքում կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունը մեծապես փոխվում է: Օրինակ, կեղտերի ավելացում ֆոսֆորբյուրեղի մեջ սիլիցիում 0,001 ատոմային տոկոսի չափով նվազեցնում է դիմադրողականությունը ավելի քան հինգ կարգով:

Կիսահաղորդիչը, որի մեջ ներմուծվում է կեղտ (այսինքն՝ մի տեսակի ատոմների մի մասը փոխարինվում է մեկ այլ տեսակի ատոմներով), կոչվում է. դոպինգ կամ դոպինգ:

Գոյություն ունեն աղտոտման հաղորդման երկու տեսակ՝ էլեկտրոններ և անցքեր:

Այսպիսով, երբ դոպինգ է չորս Valent գերմանիում (Ge) կամ սիլիցիում (Si) հնգավալենտ - ֆոսֆոր (P), անտիմոն (Sb), մկնդեղ (As) լրացուցիչ ազատ էլեկտրոն հայտնվում է անմաքրության ատոմի տեղում: Այս դեպքում կեղտը կոչվում է դոնոր .

Չորս վալենտ գերմանիումի (Ge) կամ սիլիցիումի (Si) եռավալենտ դոպինգի ժամանակ. ալյումին (Al), ինդիում (Jn), բոր (B), գալիում (Ga) - կա գծի անցք: Նման կեղտերը կոչվում են ընդունող .

Կիսահաղորդչային նյութի նույն նմուշում մի հատվածը կարող է ունենալ p-հաղորդունակություն, իսկ մյուսը՝ n-հաղորդունակություն: Նման սարքը կոչվում է կիսահաղորդչային դիոդ:

«Դիոդ» բառի «di» նախածանցը նշանակում է «երկու», դա ցույց է տալիս, որ սարքն ունի երկու հիմնական «դետալներ», երկու կիսահաղորդչային բյուրեղներ, որոնք սերտորեն հարում են միմյանց. մեկը p-հաղորդունակությամբ (սա գոտին է. Ռ),մյուսը `n-ով` հաղորդունակությամբ (սա գոտին է Պ).Իրականում, կիսահաղորդչային դիոդը մեկ բյուրեղ է, որի մի մասում ներմուծվում է դոնորային կեղտ (գոտի Պ),մեկ այլ - ընդունող (գոտի Ռ).

Եթե ​​մարտկոցից կայուն լարում է կիրառվում դեպի դիոդ «գումարած» դեպի գոտի Ռև «մինուս» դեպի գոտի Պ, ապա ազատ լիցքերը՝ էլեկտրոններն ու անցքերը, կխուժեն դեպի սահմանը, շտապում են դեպի pn հանգույց։ Այստեղ նրանք կչեզոքացնեն միմյանց, սահմանին կմոտենան նոր լիցքեր, իսկ դիոդային շղթայում կհաստատվի ուղիղ հոսանք։ Սա, այսպես կոչված, դիոդի ուղիղ միացումն է. լիցքերը ինտենսիվորեն շարժվում են դրա միջով, շղթայում հոսում է համեմատաբար մեծ առաջընթաց հոսանք:

Այժմ մենք կփոխենք դիոդի վրա լարման բևեռականությունը, մենք կիրականացնենք, ինչպես ասում են, դրա հակադարձ ընդգրկումը. մենք մարտկոցի «պլյուսը» կմիացնենք գոտուն: Պ,«մինուս» - դեպի գոտի Ռ.Ազատ լիցքերը կքաշվեն սահմանից, էլեկտրոնները կգնան դեպի «պլյուս», անցքերը՝ «մինուս» և արդյունքում pn-հանգույցը կվերածվի առանց ազատ լիցքերի գոտու՝ մաքուր մեկուսիչի։ Սա նշանակում է, որ շղթան կխախտվի, դրա մեջ հոսանքը կդադարի:

Դիոդի միջով մեծ հակադարձ հոսանքը դեռ չի անցնի: Քանի որ, բացի հիմնական ազատ լիցքերից (լիցքակիրներ)՝ էլեկտրոններից, գոտում Պ, իսկ p գոտում անցքեր - գոտիներից յուրաքանչյուրում կա նաև հակառակ նշանի լիցքերի աննշան քանակություն։ Սրանք իրենց սեփական աննշան լիցքակիրներն են, դրանք գոյություն ունեն ցանկացած կիսահաղորդչում, հայտնվում են դրանում ատոմների ջերմային շարժումների շնորհիվ, և հենց նրանք են ստեղծում հակադարձ հոսանքը դիոդի միջոցով: Այս գանձումները համեմատաբար քիչ են, և հակադարձ հոսանքը շատ անգամ ավելի քիչ է, քան ուղիղը: Հակադարձ հոսանքի մեծությունը մեծապես կախված է ջերմաստիճանից միջավայրը, կիսահաղորդչային նյութը եւ մակերեսը pnանցում. Անցումային տարածքի աճով մեծանում է դրա ծավալը, և, հետևաբար, ջերմային առաջացման և ջերմային հոսանքի արդյունքում առաջացող փոքրամասնությունների կրիչների թիվը։ Հաճախ CVC-ն, պարզության համար, ներկայացված է գրաֆիկների տեսքով:

Կիսահաղորդիչներում սա անցքերի և էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումն է, որի վրա ազդում է էլեկտրական դաշտը։

Փորձերի արդյունքում նշվել է, որ կիսահաղորդիչներում էլեկտրական հոսանքը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ. քիմիական փոփոխություններ. Այսպիսով, էլեկտրոնները կարելի է համարել կիսահաղորդիչների հոսանքի կրիչներ։

Կարելի է որոշել նյութի` դրանում էլեկտրական հոսանք առաջացնելու ունակությունը։Ըստ այս ցուցանիշի՝ հաղորդիչները միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում հաղորդիչների և դիէլեկտրիկների միջև։ Կիսահաղորդիչներն են տարբեր տեսակներօգտակար հանածոներ, որոշ մետաղներ, մետաղների սուլֆիդներ և այլն: Էլեկտրականությունկիսահաղորդիչներում առաջանում է ազատ էլեկտրոնների կոնցենտրացիայի պատճառով, որոնք կարող են նյութի մեջ շարժվել ուղղությամբ: Համեմատելով մետաղները և հաղորդիչները՝ կարելի է նշել, որ տարբերություն կա դրանց հաղորդունակության վրա ջերմաստիճանի ազդեցության միջև։ Ջերմաստիճանի բարձրացումը հանգեցնում է նվազման Կիսահաղորդիչներում հաղորդունակության ինդեքսը մեծանում է: Եթե ​​կիսահաղորդիչում ջերմաստիճանը բարձրանա, ապա ազատ էլեկտրոնների շարժումն ավելի քաոսային կլինի։ Դա պայմանավորված է բախումների թվի աճով։ Սակայն կիսահաղորդիչներում մետաղների համեմատ ազատ էլեկտրոնների կոնցենտրացիան զգալիորեն մեծանում է։ Այս գործոնները հակառակ ազդեցություն են ունենում հաղորդունակության վրա՝ որքան շատ են բախումները, այնքան ցածր է հաղորդունակությունը, այնքան մեծ է կոնցենտրացիան, այնքան բարձր է այն։ Մետաղներում ջերմաստիճանի և ազատ էլեկտրոնների կոնցենտրացիայի միջև կապ չկա, այնպես որ ջերմաստիճանի բարձրացման հետ կապված հաղորդունակության փոփոխությամբ նվազում է միայն ազատ էլեկտրոնների պատվիրված շարժման հնարավորությունը։ Ինչ վերաբերում է կիսահաղորդիչներին, ապա կոնցենտրացիայի ավելացման ազդեցությունն ավելի մեծ է։ Այսպիսով, որքան ջերմաստիճանը բարձրանա, այնքան մեծ կլինի հաղորդունակությունը:

Կա հարաբերություն լիցքակիրների շարժման և կիսահաղորդիչներում էլեկտրական հոսանքի նման հասկացության միջև: Կիսահաղորդիչներում լիցքակիրների տեսքը բնութագրվում է տարբեր գործոններ, որոնց թվում հատկապես կարևոր են նյութի ջերմաստիճանը և մաքրությունը։ Ըստ մաքրության՝ կիսահաղորդիչները բաժանվում են անմաքրության և ներքինի։

Ինչ վերաբերում է ներքին հաղորդիչին, ապա դրանց համար որոշակի ջերմաստիճանում կեղտերի ազդեցությունը չի կարող էական համարվել: Քանի որ կիսահաղորդիչների մեջ ժապավենի բացը փոքր է, ներքին կիսահաղորդիչում, երբ ջերմաստիճանը հասնում է, վալենտական ​​գոտին ամբողջությամբ լցվում է էլեկտրոններով: Բայց հաղորդման գոտին լիովին ազատ է. դրա մեջ էլեկտրական հաղորդունակություն չկա, և այն գործում է որպես կատարյալ դիէլեկտրիկ: Այլ ջերմաստիճաններում կա հավանականություն, որ ջերմային տատանումների ժամանակ որոշակի էլեկտրոններ կարող են հաղթահարել պոտենցիալ արգելքը և հայտնվել հաղորդման գոտում։

Թոմսոնի էֆեկտ

Ջերմաէլեկտրական Թոմսոնի էֆեկտի սկզբունքը. երբ էլեկտրական հոսանք անցնում է կիսահաղորդիչների մեջ, որոնց երկայնքով կա ջերմաստիճանի գրադիենտ, բացի Ջուլի ջերմությունից, լրացուցիչ քանակությամբ ջերմություն կթողարկվի կամ կլանվի դրանց մեջ՝ կախված նրանից, թե որ ուղղությամբ կհոսի հոսանքը։ .

Միատարր կառուցվածք ունեցող նմուշի անբավարար միատեսակ տաքացումը ազդում է դրա հատկությունների վրա, ինչի արդյունքում նյութը դառնում է անհամասեռ։ Այսպիսով, Թոմսոնի ֆենոմենը կոնկրետ Պելտեի ֆենոմեն է։ Միակ տարբերությունն այն է, որ տարբերվում է ոչ թե նմուշի քիմիական բաղադրությունը, այլ ջերմաստիճանի էքսցենտրիկությունը առաջացնում է այդ անհամասեռությունը։

Կիսահաղորդիչները այն նյութերն են, որոնք լավ հաղորդիչների և լավ մեկուսիչների (դիէլեկտրիկների) միջև էլեկտրական հաղորդունակության առումով միջանկյալ դիրք են զբաղեցնում:

Կիսահաղորդիչները նաև քիմիական տարրեր են (գերմանիում Ge, սիլիցիումի Si, սելենիում Se, տելուրիում Te) և միացությունները քիմիական տարրեր(PbS, CdS և այլն):

Տարբեր կիսահաղորդիչներում ընթացիկ կրիչների բնույթը տարբեր է: Նրանցից մի քանիսում լիցքակիրները իոններ են. մյուսներում լիցքի կրիչները էլեկտրոններն են:

Կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակությունը

Կիսահաղորդիչների մեջ գոյություն ունի ներքին հաղորդման երկու տեսակ՝ էլեկտրոնային հաղորդունակություն և կիսահաղորդիչներում անցքերի հաղորդում:

1. Կիսահաղորդիչների էլեկտրոնային հաղորդունակություն.

Էլեկտրոնային հաղորդունակությունն իրականացվում է ատոմի վալենտային թաղանթից դուրս եկած ազատ էլեկտրոնների միջատոմային տարածության մեջ ուղղորդված շարժումով արտաքին ազդեցությունների արդյունքում։

2. Կիսահաղորդիչների անցքերի հաղորդունակությունը:

Անցքերի հաղորդումն իրականացվում է վալենտային էլեկտրոնների ուղղորդված շարժումով դեպի զույգ-էլեկտրոնային կապերի թափուր տեղեր՝ անցքեր։ Չեզոք ատոմի վալենտային էլեկտրոնը, որը գտնվում է դրական իոնի (անցք) մոտակայքում, ձգվում է դեպի անցքը և ցատկում դրա մեջ: Այս դեպքում չեզոք ատոմի փոխարեն առաջանում է դրական իոն (անցք), իսկ դրական իոնի (անցք) փոխարեն՝ չեզոք ատոմ։

Իդեալական մաքուր կիսահաղորդչում, առանց օտար կեղտերի, յուրաքանչյուր ազատ էլեկտրոն համապատասխանում է մեկ անցքի ձևավորմանը, այսինքն. հոսանքի ստեղծման մեջ ներգրավված էլեկտրոնների և անցքերի թիվը նույնն է:

Հաղորդունակությունը, որի դեպքում առաջանում են նույն թվով լիցքակիրներ (էլեկտրոններ և անցքեր), կոչվում է կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակություն։

Կիսահաղորդիչների ներքին հաղորդունակությունը սովորաբար փոքր է, քանի որ ազատ էլեկտրոնների թիվը փոքր է: Կեղտերի ամենափոքր հետքերը արմատապես փոխում են կիսահաղորդիչների հատկությունները:

Կիսահաղորդիչների էլեկտրական հաղորդունակությունը կեղտերի առկայության դեպքում

Կիսահաղորդիչի կեղտերը օտար քիմիական տարրերի ատոմներ են, որոնք չեն պարունակվում հիմնական կիսահաղորդիչում:

Անմաքրության հաղորդունակություն- սա կիսահաղորդիչների հաղորդունակությունն է՝ կապված դրանց բյուրեղյա վանդակների մեջ կեղտերի ներմուծման հետ:

Որոշ դեպքերում կեղտերի ազդեցությունը դրսևորվում է նրանով, որ անցկացման «անցք» մեխանիզմը գործնականում անհնար է դառնում, իսկ կիսահաղորդիչում հոսանքն իրականացվում է հիմնականում ազատ էլեկտրոնների շարժմամբ։ Նման կիսահաղորդիչները կոչվում են էլեկտրոնային կիսահաղորդիչներկամ n տիպի կիսահաղորդիչներ(ից Լատինական բառբացասական - բացասական): Հիմնական լիցքի կրիչները էլեկտրոններն են, և ոչ հիմնականները՝ անցքերը։ n-տիպի կիսահաղորդիչները կիսահաղորդիչներ են՝ դոնորային խառնուրդներով:

1. Դոնորական կեղտեր.

Դոնորային կեղտերը նրանք են, որոնք հեշտությամբ էլեկտրոններ են նվիրաբերում և, հետևաբար, ավելացնում են ազատ էլեկտրոնների քանակը: Դոնորների կեղտերը մատակարարում են հաղորդական էլեկտրոններ՝ առանց նույն թվով անցքերի տեսքի:

Քառավալենտ գերմանում Ge-ում դոնորի անմաքրության բնորոշ օրինակ են մկնդեղի հնգավալենտ ատոմները As.

Մնացած դեպքերում ազատ էլեկտրոնների շարժումը գործնականում անհնար է դառնում, իսկ հոսանքն իրականացվում է միայն անցքերի շարժումով։ Այս կիսահաղորդիչները կոչվում են անցք կիսահաղորդիչներկամ p-տիպի կիսահաղորդիչներ(լատիներեն positivus - դրական բառից): Հիմնական լիցքակիրները անցքեր են, և ոչ թե հիմնականը՝ էլեկտրոնները։ . p տիպի կիսահաղորդիչները կիսահաղորդիչներն են՝ ընդունող կեղտերով։

Ընդունիչի կեղտերը այն կեղտերն են, որոնցում բավարար էլեկտրոններ չկան նորմալ զույգ-էլեկտրոնային կապեր ձևավորելու համար:

Գերմանիումի Ge-ում ընդունող անմաքրության օրինակ են գալլիումի եռավալենտ ատոմները Ga

Էլեկտրական հոսանքը p-տիպի և n-տիպի p-n հանգույցի կիսահաղորդիչների շփման միջոցով p-տիպի և n-տիպի երկու կեղտոտ կիսահաղորդիչների շփման շերտն է. P-n հանգույցը միևնույն բյուրեղի մեջ անցքով (p) հաղորդմամբ և էլեկտրոնային (n) հաղորդմամբ բաժանող շրջաններ է:

ուղղակի p-n հանգույց

Եթե ​​n կիսահաղորդիչը միացված է հոսանքի աղբյուրի բացասական բևեռին, իսկ հոսանքի աղբյուրի դրական բևեռը միացված է p կիսահաղորդչին, ապա էլեկտրական դաշտի ազդեցության տակ n կիսահաղորդչի էլեկտրոնները և p-կիսահաղորդչի անցքերը կտեղափոխվեն միմյանց դեպի կիսահաղորդչային միջերես: Էլեկտրոնները, անցնելով սահմանը, «լցնում են» անցքերը, pn հանգույցով հոսանքն իրականացվում է հիմնական լիցքակիրների կողմից։ Արդյունքում, ամբողջ նմուշի հաղորդունակությունը մեծանում է: Արտաքին էլեկտրական դաշտի նման ուղղակի (թափանցելիության) ուղղության դեպքում արգելապատնեշի շերտի հաստությունը և դրա դիմադրությունը նվազում են:

Այս ուղղությամբ հոսանքն անցնում է երկու կիսահաղորդիչների սահմանով։

Հակադարձ pn հանգույց

Եթե ​​n-կիսահաղորդիչը միացված է էներգիայի աղբյուրի դրական բևեռին, իսկ p-կիսահաղորդիչը միացված է էներգիայի աղբյուրի բացասական բևեռին, ապա n-կիսահաղորդչի էլեկտրոնները և գործողության տակ գտնվող p-կիսահաղորդչի անցքերը: էլեկտրական դաշտը ինտերֆեյսից կտեղափոխվի հակառակ ուղղություններով, p -n-անցումով հոսանքն իրականացվում է աննշան լիցքի կրիչներով: Սա հանգեցնում է պատնեշի շերտի խտացման և դիմադրության բարձրացման: Արդյունքում, նմուշի հաղորդունակությունը պարզվում է, որ աննշան է, իսկ դիմադրությունը մեծ է:

Ձևավորվում է այսպես կոչված պատնեշային շերտ։ Արտաքին դաշտի այս ուղղությամբ էլեկտրական հոսանքը գործնականում չի անցնում p- և n կիսահաղորդիչների շփման միջով:

Այսպիսով, էլեկտրոն-անցք անցումը ունի միակողմանի անցում:

Ընթացիկ ուժի կախվածությունը լարումից - վոլտ - ամպեր բնորոշ p-nանցումը ցույց է տրված նկարում (լարման - հոսանքի բնութագիր ուղիղ p-nանցումը ցուցադրվում է հոծ գծով, վոլտ-ամպեր բնութագրիչով հակադարձ p-nանցումը ցուցադրվում է որպես կետավոր գիծ):

Կիսահաղորդիչներ:

Կիսահաղորդչային դիոդ - փոփոխական հոսանքը ուղղելու համար այն օգտագործում է մեկ p - n - հանգույց տարբեր դիմադրություններով. առաջի ուղղությամբ p - n - հանգույցի դիմադրությունը շատ ավելի քիչ է, քան հակառակ ուղղությամբ:

Ֆոտոռեզիստորներ - թույլ լույսի հոսքերի գրանցման և չափման համար: Նրանց օգնությամբ որոշեք մակերեսների որակը, վերահսկեք արտադրանքի չափերը:

Թերմիստորներ - հեռավոր ջերմաստիճանի չափման, հրդեհային ազդանշանների համար: