Физика 10 класс, 33 неделя, урок 43: Собственная и примесная проводимость полупроводников

Проводимость полупроводников

Уроки 43 · 1 урок · Н. Ш. Турдиев, К. А. Турсунметов, А. Г. Ганиев, К. Т. Суяров, Ж. Э. Усаров, А. К. Авлиёкулов. Физика, 10 класс, 1-е издание. Издательство «Niso Poligraf», Ташкент, 2017

Собственная и примесная проводимость полупроводников

Учебник: с. 157–160

ЦельОбъяснять собственную и примесную (n- и p-типа) проводимость полупроводников, понятия электрона и дырки, а также зависимость от температуры и света.

Новые слова

полупроводник · yarimo‘tkazgichдырка · kovakдонорная примесь · donor aralashmaакцепторная примесь · akseptor aralashma

Объяснение

Полупроводники (кремний, германий, селен, теллур) по проводимости занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. В отличие от металлов, их удельное сопротивление уменьшается при нагревании или освещении; при очень низкой температуре они ведут себя как диэлектрики. В кристалле чистого кремния каждый атом связан со своими соседями ковалентными связями с помощью четырёх валентных электронов. При нагревании некоторые связи разрываются: электрон становится свободным (электронная проводимость, n-тип) и оставляет положительно заряженную дырку; соседний электрон может занять дырку и тем самым переместить её (дырочная проводимость, p-тип). В чистом (нелегированном) полупроводнике числа электронов и дырок равны — собственная проводимость, которая мала. Примеси резко повышают проводимость. Пятивалентный атом (мышьяк, фосфор) — донор: он даёт один лишний свободный электрон, основные носители — электроны, n-тип. Трёхвалентный атом (индий, бор, галлий) — акцептор: одна связь остаётся незавершённой, то есть появляется дырка, а основные носители — дырки, p-тип. Неосновные носители — дырки в n-типе и электроны в p-типе.

Примеры

В чистом кремнии при комнатной температуре примерно один свободный электрон приходится на 10¹² атомов. Если добавить один атом мышьяка на 10⁸ атомов кремния, каждый атом мышьяка даёт один свободный электрон, и число свободных электронов возрастает примерно в 10¹²/10⁸ = 10⁴ раз — удельное сопротивление резко падает (n-тип).

При добавлении индия в кремний каждый атом индия создаёт одну дырку: дырки — основные носители, p-тип. У полупроводникового терморезистора с сопротивлением 1000 Ом при 20 °C и 200 Ом при 60 °C сопротивление при нагревании уменьшается в 5 раз (в отличие от металла).

Работа в классе

Только расчёт и рисунок: нарисуйте в тетради плоскую схему кристалла кремния, замените один атом мышьяком (донор), а другой — индием (акцептор) и отметьте, где появляются свободный электрон и дырка.

Упражнения

Сравните, как изменяется сопротивление полупроводника и металла при нагревании.

Кремний, легированный мышьяком (5 валентных электронов): какого он типа и какой у него основной носитель?

Какого типа кремний, легированный индием (3 валентных электрона)?

Что такое дырка и как она «движется»?