Т е о р и я м е т о д а. По своим электрическим свойствам твердые тела разделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики

По своим электрическим свойствам твердые тела разделяются на проводники, полупроводники и диэлектрики. Хоро­шая проводимость проводников обусловлена высокой концентрацией свободных электронов. В полупроводниках количество свободных электронов при обычных условиях ничтожно мало, но при внешних воздействиях значительно увеличивается. Проводимость полупроводников объясняется зонной теорией. Каждый электрон в атоме располагается на определенном энергетическом уровне и может иметь только определенное значение энергии. При образовании кристалла из отдельных атомов энергетические уровни электронов сближаются, обра­зуя энергетическую зону. Зоны дозволенных значений энергии отделяются друг от друга зонами запрещенных значений энергии (рис. I)

Для полупроводников ширина запрещенных зон лежит в пределах 0,1-1,3 эВ. Первая зона целиком за­полнена электронами. Вторая зона тоже заполнена, но более слабо связанными электрона­ми, следующая зона может быть свободна от электронов. Она называется зоной проводимости.

Под влиянием внешнего поля электрон может перейти на более высокий энергетический уровень, т.е. в зону проводимости. Свободное место, оставшееся после ухода электрона, играет роль положительного заряда и называется "дыркой". Эта дырка заполняется очередным электроном, в результате появляется оче­редная дырка. Происходит встречное движение электронов и дырок, образующих собственную проводимость полупроводников. Полупроводниками являются кремний (Si), германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), теллур (Te) и другие.

Кроме полупроводников с собственной проводимостью, сущест­вуют примесные полупроводники. Наличие примесей меняет свойства полупроводников. Примесь, имеющая валентность на единицу больше, чем основной кристалл, отдает электроны. Они называются электронами-донорами. Если валентность примеси на единицу ме­ньше валентности основного кристалла, то примеси присоединяют к себе электроны основного кристалла. Они называются акцепто­рами. Примеси вносят в запрещенную зону донорные и акцепторные уровни, в результате ширина запрещенной зоны уменьшается. Соответственно эти полупроводники называются донорными (n-типа) и акцепторными (р-типа) (рис.2).

рис .2 рис.3

Контакт между полупроводниками n-p типа создает одностороннюю проводимость. Такие полупроводники используются в качестве выпрямителей. В месте контакта двух полупроводников за счет диффузии электронов образуется внутренняя разность потенци­алов, препятствующая дальнейшему движения электронов (рис.3).

Если к полупроводнику n - типа подать положительный потенциал, а к полупроводнику р-типа отрицательный потенциал, то свободные носители зарядов из объемов полупроводников будут уходить от контактного слоя. Приконтактный слой объединяется носителями зарядов и его сопротивление возрастает, а ток практически стремится к нулю. При изменении полярности приконтактный слой заполняется зарядами, а ток возрастает, т.е. контакт на границе двух полупроводников n-p -типа обладает выпрямляющим действием.

Вольт-амперная характеристика (зависимость силы тока от напряжения), полупроводникового диода показана на рис.4. По оси Х откладываем напряжение, по оси У силу тока.