Фізика 9 клас | § 8 | Бар'яхтар В. Г., Божинова Ф. Я., Довгий С. О.
Що таке домішкова провідність?
Чистий напівпровідник
Кремній або германій у чистому вигляді має дуже невелику кількість вільних носіїв заряду — провідність слабка.
Роль домішки
Додавання домішки різко збільшує кількість носіїв заряду, а електричний опір суттєво зменшується.
Домішкова провідність
Провідність напівпровідника, зумовлена введеними домішками, називається домішковою провідністю.
Донорні домішки — напівпровідник n-типу
- Донорна домішка — атоми якої легко віддають електрони до кристалічної ґратки.
- Приклад: атоми фосфору (5 валентних електронів) у кремнії — зайвий електрон стає вільним.
- Такі напівпровідники називають напівпровідниками n-типу; основні носії заряду — вільні електрони.
Акцепторні домішки — напівпровідник p-типу
- Акцепторна домішка — атоми якої «запозичують» електрони від сусідніх атомів кристала.
- Приклад: атоми індію (3 валентних електрони) у германії — утворюється «дірка».
- Такі напівпровідники називають напівпровідниками p-типу; основні носії — дірки.
Що таке електронно-дірковий перехід?
Визначення
p-n-перехід — ділянка контакту двох напівпровідників з різними типами провідності: дірковою (p) та електронною (n).
Значення
Близько 99% практичних застосувань напівпровідників зумовлені унікальними властивостями p-n-переходу.
Застосування
Діоди, транзистори, сонячні елементи, світлодіоди — все базується на p-n-переході.
Формування p-n-переходу: крок 2
- n-ділянка поблизу контакту набуває позитивного заряду (електрони пішли).
- p-ділянка поблизу контакту набуває негативного заряду (прийшли електрони).
- Навколо місця контакту формується подвійний запірний шар — це і є p-n-перехід.
Однобічна провідність p-n-переходу
⚡ Прямий напрямок
Струм добре проходить — запірний шар зменшується, носії заряду вільно рухаються через перехід.
🚫 Зворотний напрямок
Струм практично не проходить — запірний шар збільшується і блокує рух основних носіїв.
Найважливіша властивість p-n-переходу: однобічна провідність — основа роботи всіх напівпровідникових приладів.
Пряме ввімкнення діода
- Пряме ввімкнення: p-ділянка з'єднана з «+» джерела, n-ділянка — з «–».
- Зовнішнє поле компенсує запірний шар → шар зменшується.
- Носії заряду вільно перетинають перехід → через діод добре проходить струм.
- Опір p-n-переходу при прямому ввімкненні — малий.
Зворотне ввімкнення діода
- Зворотне ввімкнення: p-ділянка з'єднана з «–» джерела, n-ділянка — з «+».
- Зовнішнє поле підсилює запірний шар → шар збільшується.
- Основні носії не можуть перетнути перехід → струм практично не проходить.
- Сила зворотного струму незрівнянно менша від прямого.
Напівпровідниковий діод
Що це?
Напівпровідниковий пристрій з одним p-n-переходом у внутрішній будові. Пропускає струм лише в одному напрямку.
Позначення на схемі
Трикутник із рискою — вершина трикутника вказує напрямок прямого струму (від p до n).
Застосування
Діоди і транзистори — основа будь-якого сучасного електронного пристрою: смартфонів, комп'ютерів, телевізорів.
Світлодіод (LED)
Світлодіод — напівпровідниковий пристрій з p-n-переходом, який створює оптичне випромінювання під час пропускання електричного струму в прямому напрямку.
- Колір світла залежить від складу напівпровідника.
- Споживає значно менше енергії, ніж лампи розжарювання.
- Застосування: освітлення, екрани смартфонів і телевізорів, сигнальні пристрої, пульти ДК.
Домішкова провідність напівпровідників. Електронно-дірковий перехід