Провідники, напівпровідники

При вивченні теплових явищ говорилося, що по здатності проводити теплоту речовини діляться на хороші і погані провідники тепла.

За здатністю передавати електричні заряди речовини також діляться на кілька класів: провідники, напівпровідники і непроводнікі електрики.

Провідниками називають тіла, через які електричні заряди можуть переходити від зарядженого тіла до незаряджені.

Хороші провідники електрики – це метали, грунт, вода з розчиненими в ній солями, кислотами або лугами, графіт. Тіло людини також проводить електрику. Це можна виявити на досвіді. Торкнемося до зарядженого електроскопа рукою. Листочки негайно опустяться. Заряд з електроскопа йде по нашому тілу через пів кімнати в землю.

З металів кращі провідники електрики – срібло, мідь, алюміній.

Непроводнікамі називають такі тіла, через які електричні заряди не можуть переходити від зарядженого тіла до незаряджені.

Непроводнікамі електрики, або діелектриками, є ебоніт, бурштин, фарфор, гума, різні пластмаси, шовк, капрон, масла, повітря (гази). Виготовлені з діелектриків тіла називають ізоляторами (від італ. Ізоляро – усамітнюватися).

Напівпровідниками називають тіла, які по здатності передавати електричні заряди займають проміжне положення між провідниками і діелектриками.

У природі напівпровідники поширені досить широко. Це оксиди і сульфіди металів, деякі органічні речовини та ін. Найбільше застосування в техніці знайшли германій і кремній.

Напівпровідники при низькій температурі не проводять електричний струм і є діелектриками. Однак при підвищенні температури в напівпровіднику починає різко збільшуватися число носіїв електричного заряду, і він стає провідником.

Чому це відбувається? У напівпровідників, таких як кремній і германій, у вузлах кристалічної решітки атоми коливаються біля своїх положень рівноваги, і вже при температурі 20 ° С цей рух стає настільки інтенсивним, що хімічні зв’язки між сусідніми атомами можуть розірватися. При подальшому підвищенні температури валентні електрони (електрони, що знаходяться на зовнішній оболонці атома) атомів напівпровідників стають вільними, і під дією електричного поля в напівпровіднику виникає електричний струм.

Характерною особливістю напівпровідників є зростання їх провідності з підвищенням температури. У металів ж при підвищенні температури провідність зменшується.

Здатність напівпровідників проводити електричний струм виникає також при впливі на них світла, потоку швидких частинок, введенні домішок та ін.

Зміна електропровідності напівпровідників під дією температури дозволило застосовувати їх в якості термометрів для виміру температури навколишнього середовища, широко застосовують у техніці. З його допомогою контролюють і підтримують температуру на певному рівні.

Підвищення електропровідності речовини під впливом світла носить назву фотопровідність. Засновані на цьому явищі прилади називають фотосопротівленіе. Фотосопротівленія застосовуються для сигналізації та в управлінні виробничими процесами на відстані, сортування виробів. З їх допомогою в екстрених ситуаціях автоматично зупиняються верстати і конвеєри, попереджаючи нещасні випадки.

Завдяки дивовижним властивостям напівпровідників, вони широко використовуються при створенні транзисторів, тиристорів, напівпровідникових діодів, фоторезисторов та іншої складної апаратури. Застосування інтегральних мікросхем в теле-, радіо- і комп’ютерних приладах дозволяє створювати пристрої невеликих, а часом і мізерно малих розмірів.

питання

На які групи ділять речовини за здатністю передавати електричні заряди?
Який характерною особливістю мають напівпровідники?
Перерахуйте області застосування напівпровідникових приладів.
Вправа 22

Чому заряджений електроскоп розряджається, якщо його кульки торкнутися рукою?
Чому стрижень електроскопа виготовляють з металу?
До кульки незарядженого електроскопа підносять тіло, заряджене позитивно, не торкаючись його. Який заряд виникне на листочках електроскопа?
Це цікаво …

напівпровідники

Здатність тіла до електризації визначається наявністю вільних зарядів. В напівпровідниках концентрація носіїв вільного заряду збільшується із зростанням температури.

Провідність, яка здійснюється вільними електронами (рис. 43), називається електронною провідністю напівпровідника або провідністю n-типу (від лат. Negativus – негативний). При відриві електронів від атомів германію в місцях розриву утворюються вільні місця, які не зайняті електронами. Ці вакансії отримали назву «дірки». У галузі освіти дірки виникає надлишковий позитивний заряд. Вакантне місце може бути зайнято іншим електроном.

Електрон, переміщаючись в напівпровіднику, створює можливість заповнення одних дірок і освіти інших. Виникнення нової дірки супроводжується появою вільного електрона, т. Е. Йде безперервна освіта пар електрон – дірка. У свою чергу, заповнення дірок призводить до зменшення числа вільних електронів. Якщо кристал помістити в електричне поле, то буде відбуватися переміщення не тільки електронів, але і дірок. Напрямок переміщення дірок протилежно напрямку руху електронів.

Провідність, яка виникає в результаті переміщення дірок у напівпровіднику, називається доречнийпровідністю або провідністю р-типу (від лат. Positivus – позитивний). Напівпровідники підрозділяють на чисті напівпровідники, домішкові напівпровідники n-типу, домішкові напівпровідники р-типу.

Чисті напівпровідники мають власну провідність. У створенні струму беруть участь вільні заряди двох типів: негативні (електрони) і позитивні (дірки). У чистому напівпровіднику концентрація вільних електронів і дірок однакова.

При введенні в напівпровідник домішок виникає домішкова провідність. Змінюючи концентрацію домішки, можна змінювати і число носіїв заряду того чи іншого знака, т. Е. Створювати напівпровідники з переважною концентрацією негативного чи позитивного заряду. Домішкові напівпровідники n-типу мають електронної провідністю. Основними носіями заряду є електрони, а неосновними – дірки.

Домішкові напівпровідники р-типу мають доречнийпровідністю. Основними носіями заряду є дірки, а неосновними – електрони.

Напівпровідниковий діод являє собою з’єднання напівпровідників р- і л-типу. Опір області контакту залежить від напрямку струму. Якщо діод включити в ланцюг, щоб область кристала з електронною провідністю n-типу була приєднана до позитивного полюса, а область з доречнийпровідністю р-типу до негативного полюса, то струму в ланцюзі не буде, так як перехід електронів з n-області в р -область утруднюється.

Якщо р-область напівпровідника підключити до позитивного полюса, а n-область до негативного, то в цьому випадку струм проходить через діод. За рахунок дифузії основних носіїв струму в чужій напівпровідник в області контакту утворюється подвійний електричний шар, що перешкоджає руху зарядів. Зовнішнє поле, спрямоване від р до n, частково компенсує дію цього шару, і при збільшенні напруги струм швидко зростає.

Посилання на основну публікацію