Т-128. Германий и кремний — полупроводники, в которых имеются свободные электроны и свободные положительные заряды (дырки).

P-78

Электрические свойства того или иного материала часто оценивают так: вырезают из этого материала кубик со стороной 1 см и измеряют его электрическое сопротивление (Р-77; 1), Эту величину называют удельным сопротивлением (С-3, Т-35), единица его измерения— Ом/см (здесь отражено то, что сторона кубика I см). Удельное сопротивление нихрома, одного из самых скверных проводников, — 0,00011 Ом/см (серебра — почти в сто раз меньше). А удельное сопротивление бумаги, одного из самых скверных изоляторов, — примерно 100 000 000 Ом/см (фарфора — в миллион раз больше). Вещества, которые находятся в промежутке между этими самыми сопротивляющимися проводниками и самыми проводящими изоляторами, называют полупроводниками, хотя с таким же успехом их можно было бы называть и полуизоляторами.
Кристаллы германия и кремния тоже относятся к числу полупроводников— удельное сопротивление первого — примерно 50 Ом/см, второго— 1000 000 Ом/см. При температуре абсолютного нуля (—273,2ºС) германий и кремний — идеальные изоляторы. Но как только температура несколько повышается, тут же из-за тепловых колебаний атомов с некоторых внешних орбит выскакивают электроны и уходят в межатомное пространство. Атомов, не сумевших удержать на месте свои электроны, относительно немного, иначе вместо полупроводника мы имели бы просто проводник. В германии, например, при комнатной температуре появляется лишь один свободный электрон на миллиард атомов, в кремнии свободных электронов во много раз меньше.
Под действием электрического напряжения свободные электроны, блуждающие в межатомном пространстве, сразу же включаются в электрический ток, упорядоченно смещаются от «минуса» к «плюсу». Как принято говорить, свободные электроны создают n-проводимость (п — первая буква слова negativus — отрицательный; этим словом подчеркивается, что ток создают свободные отрицательные заряды, электроны).
Выскочив на свободу, электрон превратил свой до этого нейтральный атом в положительный ион (Р-77; 2) — раз в атоме не хватает электрона, значит, его суммарный положительный заряд больше отрицательного (Т-19). Такой атом сдвинуться с места не может, он прочно закреплен в кристаллической решетке. И долго, казалось бы, должен стоять на месте этот одинокий положительный ион, дожидаясь, пока какой-нибудь электрон-путешественник случайно наткнется на пустующее место во- внешней орбите, вернет атом в состояние электрического равновесия.
И вот здесь на сцене появляется еще одно действующее лицо, которое так и хочется назвать электроном-перебежчиком. Это электрон из соседнего атома. Он быстро и легко перескакивает на пустующее рядом с ним место, превращает положительный ион в нейтральный атом, а свой собственный атом — в положительный ион. И если отвлечься от второстепенных подробностей, то можно считать, что произошло перемещение положительного иона, хотя все атомы и остались на месте.
Положительный заряд атома, который появляется из-за того, что на внешней орбите не хватает электрона, называют «дыркой». В полупроводниках дырки ведут себя подобно свободным электронам — они хаотически перемещаются по кристаллу, а под действием приложенного напряжения сразу же включаются в электрический ток, упорядоченно смещаются, но уже, конечно, от «плюса» к «минусу» (Р-77; 2,6). Как принято говорить, дырки создают в полупроводнике р — проводимость (р — первая буква слова positivus — положительный; этим подчеркивается, что ток создают свободные положительные заряды, дырки).
В чистом, натуральном полупроводнике число свободных электронов и свободных дырок одинаково, в этих полупроводниках в равной мере существует электронная и дырочная проводимость. Но с помощью определенных примесей можно нарушить это равенство и создать полупроводники с сильным преобладанием электронной или дырочной проводимости, полупроводники n-типа и p-типа.
Читать следующую теорию
Вернуться на предыдущую

значёк