Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

ричному струмі. Проте рухливість електронів більша, ніж дірок, тому дір-
ковий струм не дорівнює половині загального струму. 

Оскільки кількість електронів дорівнює кількості дірок, то

 питома 

провідність напівпровідника складається з електронної і діркової провід-
ностей.

 Носії електричного заряду, які утворюються при переході елект-

ронів з валентної зони в зону провідності, називаються

 власними носіями, 

а провідність, зумовлена ними, -

 власною провідністю. 

Домішкова провідність 

Електропровідність напівпровідників визначається концент-

рацією електронів і дірок та їх рухливістю, а введення атомів домішок 
спричинює створення додаткових носіїв струму і підвищує електропровід-
ність речовини. Тому більшість напівпровідників - домішкові. 

Донорні

 ДОМІШКИ 

Якщо в кристалічні ґрати германію ввести атоми миш'яку, 

сурми або інших речовин, атоми яких мають п'ять валентних електронів, 

го концентрація вільних елект-

ронів у напівпровіднику різко 
зростає. Пояснюється це тим, що 
чотири валентні атоми домішки 
беруть участь у створенні хімічно-
го зв'язку з атомами германію. 
П'ятий валентний електрон буде 

слабко пов'язаний з атомом до-

мішки, тому він легко залишає 

м і ом і стає "вільним" (рис. 15.5,

 а). 

Отже, в цьому разі домішкові 

а гоми віддають електрони, тоб-
то є донорами електронів, що й пояснює їх назву. Провідність, зумовле-
на рухом вільних електронів, називається

 електронною

, або

 провідністю 

//-типу. 

Лкцепторні

 ДОМІШКИ 

Якщо в кристалічні ґрати германію ввести атоми індію, галію 

або інших тривалентних елементів, то характер провідності напівпровід-

ника змінюється. Це пояснюється тим, що для утворення двохелектрон-

Атом 

германію 

Атом 

германію 

_ Електрон. 

Валентні^ 

зв'язки а 

Рис. 15.5 

355 

ного зв'язку з одним із сусідніх атомів германію в атома індію не виста-
чає одного електрона, тобто між цими двома атомами не заповнюється 
валентний зв'язок, або дірка (рис. 15.5,

 б). Кількість дірок у кристалі до-

рівнює кількості атомів домішки.

 Провідність, зумовлену рухом дірок, 

називають

 дірковою

, або

 провідністю р-типу. 

Залежність електропровідності 

від температури й освітленості 

Отже, якщо ширина забороненої зони дорівнює нулю, то така 

речовина є провідником, якщо вона не перевищує 2 еВ, - напівпровідни-
ком, якщо перевищує 2 еВ, - ізолятором. Відмінність між провідниками і 
напівпровідниками особливо відчутна при зниженні температури, тоді як 

відмінність між напівпровідниками та ізоляторами із зниженням 
температури зникає. 

Зменшення електропровідності металів з підвищенням температури 

пов'язане зі зменшенням рухливості електронів. Концентрація вільних 
електронів практично не залежить від температури. 

У напівпровідників із зростанням температури рухливість електронів і 

дірок також спадає, але це не має важливого значення, оскільки при на-
гріванні германію кінетична енергія валентних електронів зростає і окре-

мі зв'язки розриваються, що призводить до збільшення кількості вільних 
електронів, тобто до зростання електропровідності. 

Під час освітлення напівпровідника в ньому утворюються додаткові 

носії, що спричинює підвищення його електропровідності. Внаслідок 
цього виникають такі процеси: 

1. Світло вириває електрони з валентної зони і закидає їх у зону 

провідності, при цьому одночасно зростає кількість електронів і дірок. 

2. Електрони

 із

 заповненої зони закидаються на вільні домішкові 

рівні - зростає кількість дірок. 

3. Електрони закидаються з домішкових рівнів у зону провідності. 

§ 138. Напівпровідникові прилади 

Термістори 

Провідність напівпровідників насамперед залежить від темпе-

ратури: чим вища температура напівпровідника, тим краще він проводить 

струм. Прилади, які ґрунтуються на цьому ефекті, називають

 термоопо-

рами

, або

 термісторами.

 Термістори широко застосовують у техніці, 

356 

медицині та сільському господарстві. їх використовують для вимірювання 

температури в різних машинах і агрегатах, скрізь, де треба підтримувати 

сталу температуру і пов'язані з нею фізичні величини. За допомогою тер-

місторів визначають температуру ґрунту на різній глибині. Чутливі тер-
містори можна вводити безпосередньо в кровоносні судини. Чутливість 
цих приладів така велика, що на їх основі виготовляють приймачі проме-
нистої енергії, які називають болометрами. 

Електронно-дірковий перехід (р-п-перехід) 

Межа стикання двох напівпровідників, один з яких має елек-

тронну, а інший - діркову провідність, називають

 електронно-дірковим 

переходом

, або

 р-п-переходом.

 Ці переходи мають велике практичне зна-

чення, оскільки вони є основою роботи багатьох напівпровідникових 
приладів. Практично /?-я-перехід здійснюється не механічним контактом 

двох різних напівпровідників, а внесенням донорних і акцепторних домі-

шок у різні частини чистого напівпровідника. 

Нехай два напівпровідники з різним типом електропровідності

 (р

 і

 п) 

спікаються один з одним. При цьому розпочнеться перехід (дифузія) елек-

тронів з и-області, де їх багато, в /7-область, де їх мало, і переміщення ді-

рок у зворотному напрямі. Оскільки дірки й електрони - це заряджені 
частинки, то внаслідок їх дифузії виникне

 контактна різниця потенціалів 

між

 р-

 і ^-областями (рис. 15.6,

 а).

 Електрони і дірки на межі поділу двох 

напівпровідників створюють

 запірний шар

, поле якого перешкоджає даль-

шому дифузному переміщенню носіїв заряду. 

Прикладемо зовнішнє електричне поле до системи двох напівпровід-

ників (як показано на рис. 15.6,

 б).

 У цьому разі напруженість зовнішньо-

го поля збігається за напрямом з полем запірного шару. При такому на-
прямі зовнішнього електричного поля електрони, рухаючись проти поля, 

а дірки, рухаючись уздовж поля, виходять з області поблизу контакту. 

І Іри цьому запірний шар розширюється і ширина його залежить від при-

Одласть Запірний 

Рис. 15.6 

357 

кладеної різниці потенціалів. У запірному шарі концентрація вільних елек-

тронів і дірок мала і він поводить себе як діелектрик. Очевидно, що в 

цьому разі електричний струм через /ь-я-перехід практично не проходить. 
Напрям зовнішнього поля, яке розширює запірний шар, називають

 запір-

ним (зворотним). 

Якщо змінюється напрям зовнішнього електричного поля (рис. 15.6, в), 

то змінюється напрям руху електронів і дірок на протилежні. В області 

р—п

-переходу вони рекомбінують. При цьому ширина запірного шару і 

його опір зменшуються. Отже, в цьому напрямі електричний струм про-
ходить крізь

 р-п-

перехід від /^-напівпровідника до

 п

 -напівпровідника. 

Такий напрям струму називають

 пропускним

, або

 прямим. 

Отже, 

р-п

 -перехід мас однобічну провідність. 

Діод 

Напівпровідник з одним

 р-п

 -переходом називають

 напівпро-

відниковим діодом.

 На рис. 12.6, г зображено умовне позначення напів-

провідникового діода. 

Напівпровідниковий діод, як і двохелектродна електронна лампа (ді-

од), має однобічну провідність. Напівпровідникові діоди мають значно 
простішу конструкцію і надійніші в роботі, ніж електронна лампа. Тепер 
вони майже зовсім витіснили скляні діоди в радіотехніці. Напівпровідни-
ковий діод використовують для випрямляння змінного струму; він може 
працювати як детектор. 

Якщо в напівпровідниковий матеріал внесено в 20-30 разів домішок 

більше, ніж звичайно, то дістають особливий клас діодів, які називають 

тунельними.

 Такі діоди застосовують як підсилювачі і генератори високої 

частоти. 

Транзистор. Тріод 

Для створення напівпровідникового тріода - транзистора -

треба мати три складові частини напівпровідникового домішкового мате-
ріалу: дві п- і одну р-типу або навпаки. Одну з можливих схем зображено 
на рис. 15.7,

 а.

 Для вмикання транзистора в коло використовують дві ба-

тареї. Одну вмикають плюсом на

 р-ч

астину тріода, яку, називають

 еміте-

ром

 (

Е

), а мінусом - на середню «-частину, яку називають

 базою (Б).

 Ін-

шу батарею вмикають плюсом на базу, а мінусом - на другу /^-частину, 
яку називають

 колектором (К).

 При такому вмиканні дірки емітера йдуть 

358 

у базу. Наступний рух дірок з бази в 
колектор здійснюється за рахунок іншої 
батареї. 

І.з збільшенням напруги першої ба-

тареї зростає кількість дірок емітера, які 

через базу досягають колектора. Отже, 
напруга між базою і емітером керує стру-
мом колектора, як і напруга між сіткою 
і катодом у ламповому тріоді керує анодним струмом. На рис. 15.7,

 б 

зображено умовне позначення напівпровідникового тріода. 

Застосування напівпровідників здійснило революцію в радіотехніці. 

Радіодеталі стали такими мініатюрними, що виникла можливість виготов-

ляти друкарським способом так звані мікромодулі.

 Мікромодулі

 - це тонкі 

пластинки, на яких надруковані діоди, тріоди, опори, індукційні котушки 

та інші елементи радіосхем. Використовуючи різні комбінації мікромоду-
лів, можна, виготовляти радіопристрої з наперед заданими параметрами. 

Напівпровідники набувають дедалі більшого значення, збагачуючи фі-

зику, хімію, біологію та інші науки. Використання напівпровідників ще 

не закінчено, і сьогодні не можна передбачити розвиток фізики напівпро-
відників. 

Короткі висновки 

• Відмінності в електропровідності між провідниками (металами), напів-

провідниками та ізоляторами спричинені відмінностями в будові твердих 
тіл та електронних, оболонок атомів, з яких вони складаються. 

• Якщо електрон під зовнішньою дією переходить з валентної зони в 

зону провідності, то у валентній зоні залишається валентне місце, або 
дірка. Оскільки кількість електронів дорівнює кількості дірок, то питома 
провідність напівпровідника складається з електронної і діркової про-
відностей. Носії електричного заряду, який утворюється при переході 
електронів з валентної зони в зону провідності, називають власними 
носіями, а провідність, зумовлену ними, - власною провідністю. 

» Якщо в кристалічні ґрати напівпровідника (германію) ввести атоми 

інших речовин, які мають п'ять валентних електронів (миш'як, сурма 

та ін.), концентрація вільних електронів у провіднику різко зростає. 
Домішкові атоми є донорами електронів. Провідність, зумовлену рухом 

вільних електронів, називають електронною провідністю «-типу. 

• Якщо в кристалічні грати напівпровідника ввести атоми тривалентних 

елементів (індій, галій та ін.), то концентрація дірок зростає. Таку про-
відність називають дірковою, або провідністю /ьтшту. 

• Напівпровідники найбільше відрізняються від провідників тим, що із 

збільшенням їх температури та освітленості електропровідність напів-

провідників зростає. 

Струм 

і \®

аш

 І 

р Струм 

колектора 

П )

 А 

Рис. 15.7 

359