С повишаване на температурата съпротивлението на полупроводника. Какво представляват полупроводниците? Полупроводниково съпротивление

2. Как съпротивлението на проводника зависи от неговата температура? В какви единици се измерва температурният коефициент на съпротивление?

3. Как може да се обясни линейната зависимост на съпротивлението на проводника от температурата?

4. Защо съпротивлението на полупроводниците намалява с повишаване на температурата?

5. Опишете процеса на собствена проводимост в полупроводниците.

Частиците проводник (молекули, атоми, йони), които не участват в образуването на ток, са в топлинно движение, а частиците, които образуват ток, са едновременно в топлинни и насочени движения под въздействието на електрическо поле. Поради това възникват множество сблъсъци между частиците, които образуват тока, и частиците, които не участват в неговото образуване, при което първите отдават част от енергията на източника на ток, прехвърлена от тях на вторите. Колкото повече сблъсъци, толкова по-ниска е скоростта на подреденото движение на частиците, които образуват тока. Както се вижда от формулата I = enνS, намаляването на скоростта води до намаляване на силата на тока. Скаларното количество, което характеризира свойството на проводника да намалява силата на тока, се нарича съпротивление на проводника.От формулата на съпротивлението на закона на Ом Ом - съпротивлението на проводника, в който се получава токът със сила от 1 апри напрежение в краищата на проводника в 1 v.

Съпротивлението на проводника зависи от неговата дължина l, напречно сечение S и материала, който се характеризира със съпротивление Колкото по-дълъг е проводникът, толкова повече за единица време са сблъсъците на частиците, които образуват тока, с частиците, които не участват в неговото образуване, и следователно толкова по-голямо е съпротивлението на проводника. Колкото по-малко е напречното сечение на проводника, толкова по-плътен е потокът от частици, които образуват тока, и колкото по-често се сблъскват с частици, които не участват в неговото образуване, и следователно толкова по-голямо е съпротивлението на проводника.

Под действието на електрическо поле частиците, които образуват тока, се движат с ускорена скорост между сблъсъци, увеличавайки кинетичната си енергия поради енергията на полето. При сблъсък с частици, които не образуват ток, те им предават част от кинетичната си енергия. В резултат на това вътрешната енергия на проводника се увеличава, което външно се проявява в неговото нагряване. Помислете дали съпротивлението на проводника се променя, когато се нагрява.

В електрическата верига има намотка от стоманена тел (низ, фиг. 81, а). След като затворим веригата, ще започнем да загряваме жицата. Колкото повече го нагряваме, толкова по-малък ток показва амперметърът. Намаляването му идва от факта, че при нагряване на металите се увеличава съпротивлението им. И така, съпротивлението на косъм от електрическа крушка, когато не свети, е приблизително 20 ома, а когато изгори (2900° C) - 260 ома. Когато металът се нагрява, топлинното движение на електроните и скоростта на колебание на йоните в кристалната решетка се увеличават, в резултат на което се увеличава броят на сблъсъци на електрони, които образуват ток с йони. Това води до увеличаване на съпротивлението на проводника *. В металите несвободните електрони са много силно свързани с йони; следователно, когато металите се нагряват, броят на свободните електрони практически не се променя.

* (Въз основа на електронната теория е невъзможно да се изведе точният закон за зависимостта на съпротивлението от температурата. Такъв закон е установен от квантовата теория, в която електронът се разглежда като частица с вълнови свойства, а движението на електрон на проводимост през метал се разглежда като процес на разпространение на електронни вълни, чиято дължина се определя от отношението на де Бройл.)

Експериментите показват, че когато температурата на проводници от различни вещества се промени с еднакъв брой градуси, тяхното съпротивление се променя неравномерно. Например, ако меден проводник имаше съпротивление 1 ом, след това след нагряване 1°Cтой ще се съпротивлява 1,004 омаи волфрам - 1,005 ома.За да се характеризира зависимостта на съпротивлението на проводника от неговата температура, е въведена величина, наречена температурен коефициент на съпротивление. Скаларната стойност, измерена чрез промяната в съпротивлението на проводник от 1 ом, взето при 0 ° C, от промяна на неговата температура с 1 ° C, се нарича температурен коефициент на съпротивление α. И така, за волфрама този коефициент е равен на 0,005 градуса -1, за мед - 0,004 градуса -1.Температурният коефициент на съпротивление зависи от температурата. За металите тя се променя малко с температурата. При малък температурен диапазон се счита за постоянен за даден материал.

Извеждаме формулата, чрез която се изчислява съпротивлението на проводника, като се вземе предвид неговата температура. Да приемем, че R0- съпротивление на проводника при 0°C, при нагряване до 1°Cще се увеличи с αR 0, а при нагряване до t°- На αRt°и става R = R 0 + αR 0 t°, или

Зависимостта на съпротивлението на металите от температурата се взема предвид, например, при производството на спирали за електрически нагреватели, лампи: дължината на спиралния проводник и допустимата сила на тока се изчисляват от тяхното съпротивление в нагрято състояние. Зависимостта на съпротивлението на металите от температурата се използва в съпротивителните термометри, които се използват за измерване на температурата на топлинни двигатели, газови турбини, метал в доменни пещи и др. Този термометър се състои от тънка платинена (никелова, желязна) спирала върху порцеланова рамка и поставена в защитен калъф. Краищата му са свързани в електрическа верига с амперметър, чиято скала е градуирана в температурни градуси. Когато намотката се нагрява, токът във веригата намалява, това води до движение на стрелката на амперметъра, което показва температурата.

Реципрочната стойност на съпротивлението на даден участък, верига се нарича електрическа проводимост на проводника(електропроводимост). Електрическата проводимост на проводника Колкото по-голяма е проводимостта на проводника, толкова по-малко е съпротивлението му и толкова по-добре той провежда тока. Наименование на единицата за електрическа проводимост Проводимост на съпротивлението на проводника 1 омНаречен Siemens.

С понижаването на температурата съпротивлението на металите намалява. Но има метали и сплави, чиято устойчивост при ниска температура, определена за всеки метал и сплав, рязко намалява и става изчезващо малка - практически равна на нула (фиг. 81, b). идвам свръхпроводимост- проводникът практически няма съпротивление и след като възбуденият в него ток съществува дълго време, докато проводникът е при температура на свръхпроводимост (в един от експериментите токът се наблюдава повече от година). При преминаване на ток през свръхпроводник с плътност 1200 a / mm 2не се наблюдава отделяне на топлина. Едновалентните метали, които са най-добрите проводници на ток, не преминават в свръхпроводящо състояние до изключително ниските температури, при които са проведени експериментите. Например, в тези експерименти медта беше охладена до 0,0156°K,злато - преди 0,0204° К.Ако беше възможно да се получат сплави със свръхпроводимост при обикновени температури, това би било от голямо значение за електротехниката.

Според съвременните концепции основната причина за свръхпроводимостта е образуването на свързани електронни двойки. При температурата на свръхпроводимост обменните сили започват да действат между свободните електрони, карайки електроните да образуват свързани електронни двойки. Такъв електронен газ от свързани електронни двойки има различни свойства от обикновения електронен газ - той се движи в свръхпроводник без триене по възлите на кристалната решетка.

В своята практика всеки електротехник се сблъсква с различни условия за преминаване на носители на заряд в метали, полупроводници, газове и течности. Величината на тока се влияе от електрическото съпротивление, което варира по различни начини под въздействието на околната среда.

Един от тези фактори е влиянието на температурата. Тъй като значително променя условията за протичане на тока, той се взема предвид от дизайнерите при производството на електрическо оборудване. Електрическият персонал, участващ в поддръжката и експлоатацията на електрическите инсталации, трябва компетентно да използва тези характеристики в практическата си работа.

Ефектът на температурата върху електрическото съпротивление на металите

В училищен курс по физика се предлага да се проведе такъв експеримент: вземете амперметър, батерия, парче тел, свързващи проводници и горелка. Вместо амперметър с батерия можете да свържете омметър или да използвате неговия режим в мултицет.

Сега привеждаме пламъка на горелката към жицата и започваме да я нагряваме. Ако погледнете амперметъра, ще видите, че стрелката ще се премести наляво и ще достигне позицията, маркирана в червено.

Резултатът от експеримента показва, че при нагряване на металите тяхната проводимост намалява, а съпротивлението се увеличава.

Математическата обосновка на това явление се дава от формулите точно на снимката. В долния израз ясно се вижда, че електрическото съпротивление "R" на метален проводник е право пропорционално на неговата температура "T" и зависи от още няколко параметъра.

Как нагряването на метали ограничава електрическия ток на практика

Лампи с нажежаема жичка

Всеки ден, когато осветлението е включено, ние се срещаме с проявлението на това свойство в лампите с нажежаема жичка. Ще извършим прости измервания на електрическа крушка с мощност 60 вата.

С най-простия омметър, захранван от батерия с ниско напрежение 4,5 V, измерваме съпротивлението между контактите на основата и виждаме стойността от 59 ома. Тази стойност се притежава от нишка в студено състояние.

Завиваме електрическата крушка в патрона и чрез амперметъра свързваме напрежението на домашната мрежа от 220 волта към него. Стрелката на амперметъра ще покаже 0,273 ампера. Нека определим съпротивлението на нишката в нагрято състояние. То ще бъде 896 ома и ще надвиши предишното показание на омметъра с 15,2 пъти.

Такъв излишък предпазва метала на топлинното тяло от изгаряне и разрушаване, осигурявайки неговата дългосрочна работа под напрежение.

Преходни процеси при включване

Когато нишката работи, върху нея се създава топлинен баланс между нагряването от преминаващия електрически ток и отвеждането на част от топлината в околната среда. Но в началния етап на включване, когато се прилага напрежение, възникват преходни процеси, които създават пусков ток, което може да доведе до изгаряне на нишката.

Преходните процеси възникват за кратко време и се дължат на факта, че скоростта на увеличаване на електрическото съпротивление от нагряване на метала не е в крак с увеличаването на тока. След приключването им се задава режимът на работа.

По време на продължително светене на лампата дебелината на нейната нишка постепенно достига критично състояние, което води до изгаряне. Най-често този момент настъпва при следващото ново включване.

За да се удължи живота на лампата, този пусков ток се намалява по различни начини, като се използват:

1. устройства, осигуряващи плавно подаване и отвеждане на напрежението;

2. вериги за последователно свързване на резистори, полупроводници или термистори (термистори) към нажежаемата жичка.

Пример за един от начините за ограничаване на пусковия ток за светлините на автомобила е показан на снимката по-долу.

Тук токът се подава към крушката след включване на превключвателя SA през предпазителя FU и се ограничава от резистора R, чиято стойност е избрана така, че токовият скок по време на преходни процеси да не надвишава номиналната стойност.

При нагряване на нишката нейното съпротивление се увеличава, което води до увеличаване на потенциалната разлика между нейните контакти и паралелно свързаната намотка на релето KL1. Когато напрежението достигне настройката на релето, нормално отвореният контакт KL1 се затваря и шунтира резистора. Работният ток на вече установения режим ще започне да тече през електрическата крушка.

Ефектът на температурата на метала върху неговото електрическо съпротивление се използва при работата на измервателните уреди. Те се наричат ​​.

Чувствителният им елемент е изработен от тънка метална тел, чието съпротивление се измерва внимателно при определени температури. Тази резба е монтирана в корпус със стабилни термични свойства и покрита със защитен капак. Създадената конструкция се поставя в среда, чиято температура трябва постоянно да се следи.

Проводниците на електрическата верига са монтирани на клемите на чувствителния елемент, към който е свързана веригата за измерване на съпротивлението. Стойността му се преобразува в температурни стойности въз основа на предварително извършеното калибриране на инструмента.

Baretter - токов стабилизатор

Това е името на устройство, състоящо се от стъклен запечатан цилиндър с газообразен водород и спирала от метална тел, изработена от желязо, волфрам или платина. Този дизайн прилича на крушка с нажежаема жичка на външен вид, но има специфична волт-амперна нелинейна характеристика.

На CVC в определен диапазон се образува работна зона, която не зависи от колебанията на напрежението, приложено към нагревателното тяло. В тази секция бартерът компенсира добре пулсациите на мощността и работи като токов стабилизатор на товар, свързан последователно към него.

Работата на бартера се основава на свойството термична инерция на нишката, което се осигурява от малкото напречно сечение на нишката и високата топлопроводимост на водорода около нея. Поради това, когато напрежението на устройството намалява, отстраняването на топлината от резбата му се ускорява.

Това е основната разлика между бартерните и осветителните лампи с нажежаема жичка, при които, за да поддържат яркостта на сиянието, те се стремят да намалят конвективните топлинни загуби от нишката.

Свръхпроводимост

При нормални условия на околната среда, когато металният проводник се охлажда, неговото електрическо съпротивление намалява.

При достигане на критичната температура, близка до нула градуса според системата за измерване на Келвин, има рязък спад на съпротивлението до нула. Дясната снимка показва такава зависимост за живака.

Това явление, наречено свръхпроводимост, се счита за обещаваща област за изследване с цел създаване на материали, които могат значително да намалят загубата на електричество по време на предаването му на големи разстояния.

Въпреки това, текущите изследвания на свръхпроводимостта разкриха редица закономерности, когато други фактори влияят върху електрическото съпротивление на метал, разположен в областта на критичните температури. По-специално, по време на преминаването на променлив ток с увеличаване на честотата на неговите трептения възниква съпротивление, чиято стойност достига диапазона на обикновените стойности за хармоници с период на светлинни вълни.

Ефектът на температурата върху електрическото съпротивление/проводимостта на газовете

Газовете и обикновеният въздух са диелектрици и не провеждат електричество. За неговото образуване са необходими носители на заряд, които са йони, образувани в резултат на външни фактори.

Нагряването може да предизвика йонизация и движение на йони от един полюс на средата към друг. Това може да се провери чрез прост експеримент. Нека вземем същото оборудване, което беше използвано за определяне на ефекта от нагряването върху съпротивлението на метален проводник, но вместо тел, ние свързваме две метални пластини, разделени от въздушно пространство към проводниците.

Амперметър, свързан към веригата, ще покаже липсата на ток. Ако между плочите се постави пламък на горелка, стрелката на устройството ще се отклони от нулата и ще покаже стойността на тока, преминаващ през газообразната среда.

Така беше установено, че при нагряване в газовете възниква йонизация, което води до движение на електрически заредени частици и намаляване на съпротивлението на средата.

Стойността на тока се влияе от мощността на външния приложен източник на напрежение и потенциалната разлика между неговите контакти. Той е способен да пробие изолационния слой от газове при високи стойности. Характерна проява на такъв случай в природата е естественото изхвърляне на мълния по време на гръмотевична буря.

На графиката е показан приблизителен изглед на характеристиката ток-напрежение на токовия поток в газовете.

В началния етап под действието на температурата и потенциалната разлика се наблюдава повишаване на йонизацията и преминаването на тока приблизително по линеен закон. След това кривата става хоризонтална, когато увеличението на напрежението не предизвиква увеличаване на тока.

Третият етап на разпадане настъпва, когато високата енергия на приложеното поле ускорява йоните, така че те започват да се сблъскват с неутрални молекули, масово образувайки нови носители на заряд от тях. В резултат на това токът рязко се увеличава, образувайки пробив на диелектричния слой.

Практическо използване на проводимостта на газовете

Феноменът на протичане на ток през газове се използва в електронни лампи и флуоресцентни лампи.

За да направите това, два електрода се поставят в запечатан стъклен цилиндър с инертен газ:

1. анод;

2. катод.

Във флуоресцентна лампа те са направени под формата на нишки, които се нагряват при включване, за да създадат термично излъчване. Вътрешната повърхност на колбата е покрита със слой фосфор. Той излъчва спектъра на светлината, който виждаме, който се формира от инфрачервено лъчение, идващо от живачни пари, бомбардирани от поток от електрони.

Газоразрядният ток възниква, когато се приложи напрежение с определена стойност между електродите, разположени в различни краища на крушката.

Когато една от нишките изгори, тогава електронното излъчване ще бъде нарушено на този електрод и лампата няма да изгори. Ако обаче потенциалната разлика между катода и анода се увеличи, тогава вътре в колбата отново ще се появи газов разряд и светенето на фосфора ще се възобнови.

Това ви позволява да използвате LED крушки със счупени нишки и да удължите живота им. Трябва само да се има предвид, че в този случай е необходимо напрежението върху него да се увеличи няколко пъти, а това значително увеличава консумацията на енергия и рисковете от безопасна употреба.

Ефектът на температурата върху електрическото съпротивление на течности

Преминаването на ток в течности се създава главно поради движението на катиони и аниони под действието на външно приложено електрическо поле. Само малка част от проводимостта се осигурява от електрони.

Влиянието на температурата върху стойността на електрическото съпротивление на течния електролит се описва с формулата, показана на снимката. Тъй като стойността на температурния коефициент α в него винаги е отрицателна, тогава с увеличаване на нагряването проводимостта се увеличава и съпротивлението пада, както е показано на графиката.

Това явление трябва да се вземе предвид при зареждане на течни автомобилни (и не само) батерии.

Влиянието на температурата върху електрическото съпротивление на полупроводниците

Промяната на свойствата на полупроводниковите материали под въздействието на температурата направи възможно използването им като:

термична устойчивост;

термоелементи;

хладилници;

нагреватели.

Термистори

Това име се отнася за полупроводникови устройства, които променят своето електрическо съпротивление под въздействието на топлина. Те са много по-високи от тези на металите.

Стойността на TCR за полупроводници може да бъде положителна или отрицателна. Според този параметър те се разделят на положителни "RTS" и отрицателни "NTC" термистори. Те имат различни характеристики.

За работата на термистора се избира една от точките на неговата характеристика ток-напрежение:

линейната секция се използва за контрол на температурата или компенсиране на променящите се токове или напрежения;

низходящ клон на CVC за елементи с TCS

Използването на релеен термистор е удобно за наблюдение или измерване на процесите на електромагнитно излъчване, възникващи при микровълнови честоти. Това гарантира използването им в системи:

1. контрол на топлината;

2. пожароизвестяване;

3. контрол на потока на насипни среди и течности.

Силициевите термистори с малък TCR>0 се използват в системи за охлаждане и температурна стабилизация на транзистори.

термоелементи

Тези полупроводници работят на базата на феномена на Seebeck: когато споеното място на два различни метала се нагрее, в кръстовището на затворена верига възниква емф. По този начин те преобразуват топлинната енергия в електричество.

Дизайнът на два такива елемента се нарича термодвойка. Ефективността му е от порядъка на 7÷10%.

Термоелементите се използват в измерватели на температурата на цифрови изчислителни устройства, които изискват миниатюрни размери и висока точност на показанията, както и източници на ток с ниска мощност.

Полупроводникови нагреватели и хладилници

Те работят чрез повторно използване на термодвойки, през които преминава електрически ток. В този случай на едно място на кръстовището се нагрява, а на противоположното място се охлажда.

Полупроводниковите съединения на базата на селен, бисмут, антимон, телур позволяват да се осигури температурна разлика в термоелемента до 60 градуса. Това даде възможност да се създаде дизайн на хладилник от полупроводници с температура в охладителната камера до -16 градуса.

Какви са неговите характеристики? Каква е физиката на полупроводниците? Как са построени? Какво е полупроводникова проводимост? Какви физични свойства притежават?

Какво е полупроводник?

Това се отнася до кристални материали, които не провеждат електричество толкова добре, колкото металите. Но все пак този индикатор е по-добър от изолаторите. Такива характеристики се дължат на броя на мобилните оператори. Най-общо казано, има силна привързаност към ядрата. Но когато в проводника се въведат няколко атома, например антимон, който има излишък от електрони, тази ситуация ще бъде коригирана. При използване на индий се получават елементи с положителен заряд. Всички тези свойства се използват широко в транзисторите - специални устройства, които могат да усилват, блокират или пропускат ток само в една посока. Ако разгледаме елемент от тип NPN, тогава можем да отбележим значителна усилваща роля, което е особено важно при предаване на слаби сигнали.

Конструктивни характеристики, притежавани от електрически полупроводници

Проводниците имат много свободни електрони. Изолаторите практически изобщо не ги притежават. Полупроводниците, от друга страна, съдържат както известно количество свободни електрони, така и празнини с положителен заряд, които са готови да приемат освободените частици. И най-важното, всички те провеждат Типът NPN транзистор, обсъден по-рано, не е единственият възможен полупроводников елемент. И така, има и PNP транзистори, както и диоди.

Ако говорим за последното накратко, тогава това е такъв елемент, който може да предава сигнали само в една посока. Диодът може също да превърне променлив ток в постоянен ток. Какъв е механизмът на такава трансформация? И защо се движи само в една посока? В зависимост от това откъде идва токът, електроните и празнините могат или да се разминават, или да отиват един към друг. В първия случай, поради увеличаване на разстоянието, захранването се прекъсва и следователно прехвърлянето на носители на отрицателно напрежение се извършва само в една посока, т.е. проводимостта на полупроводниците е едностранна. В крайна сметка токът може да се предава само ако съставните частици са наблизо. И това е възможно само когато ток се прилага от едната страна. Тези видове полупроводници съществуват и се използват в момента.

Лентова структура

Електрическите и оптичните свойства на проводниците са свързани с факта, че когато енергийните нива са запълнени с електрони, те са отделени от възможните състояния чрез забранена зона. Какви са нейните характеристики? Факт е, че в забранената лента няма енергийни нива. С помощта на примеси и структурни дефекти това може да се промени. Най-високата напълно запълнена лента се нарича валентна зона. След това следва разрешеното, но празно. Нарича се проводяща лента. Физиката на полупроводниците е доста интересна тема и в рамките на статията тя ще бъде добре покрита.

Електронно състояние

За това се използват понятия като номер на разрешената зона и квазиимпулс. Структурата на първия се определя от закона на дисперсията. Той казва, че се влияе от зависимостта на енергията от квазиимпулса. Така че, ако валентната лента е напълно запълнена с електрони (които носят заряд в полупроводниците), тогава те казват, че в нея няма елементарни възбуждания. Ако по някаква причина няма частица, това означава, че тук се е появила положително заредена квазичастица - празнина или дупка. Те са носители на заряд в полупроводниците във валентната зона.

Дегенеративни зони

Валентната лента в типичен проводник е шесткратно изродена. Това е без да се взема предвид спин-орбиталното взаимодействие и само когато квазиимпулсът е нула. Тя може да бъде разделена при същото условие на двойно и четворно изродени ивици. Енергийното разстояние между тях се нарича спин-орбитална разделяща енергия.

Примеси и дефекти в полупроводниците

Те могат да бъдат електрически неактивни или активни. Използването на първия позволява да се получи положителен или отрицателен заряд в полупроводниците, който може да бъде компенсиран чрез появата на дупка във валентната лента или електрон в проводящата лента. Неактивните примеси са неутрални и имат относително малък ефект върху електронните свойства. Освен това често може да има значение каква валентност имат атомите, които участват в процеса на пренос на заряда, и структурата

В зависимост от вида и количеството на примесите съотношението между броя на дупките и електроните също може да се промени. Следователно полупроводниковите материали трябва винаги да бъдат внимателно подбирани, за да се получи желаният резултат. Това е предшествано от значителен брой изчисления и впоследствие експерименти. Частиците, които повечето наричат ​​основни носители на заряд, не са първични.

Дозираното въвеждане на примеси в полупроводниците позволява да се получат устройства с необходимите свойства. Дефектите в полупроводниците също могат да бъдат в неактивно или активно електрическо състояние. Дислокацията, интерстициалният атом и ваканцията са важни тук. Течните и некристалните проводници реагират различно на примесите от кристалните. Липсата на твърда структура в крайна сметка води до факта, че изместеният атом получава различна валентност. Тя ще бъде различна от тази, с която първоначално насища връзките си. Става неизгодно за един атом да даде или да добави електрон. В този случай той става неактивен и следователно легираните полупроводници имат голям шанс за повреда. Това води до факта, че е невъзможно да се промени вида на проводимостта с помощта на допинг и да се създаде например p-n преход.

Някои аморфни полупроводници могат да променят своите електронни свойства под въздействието на допинг. Но това се отнася за тях в много по-малка степен, отколкото за кристалните. Чувствителността на аморфните елементи към допинг може да бъде подобрена чрез обработка. В заключение бих искал да отбележа, че благодарение на дългата и упорита работа легираните полупроводници все още са представени от редица резултати с добри характеристики.

Електронна статистика в полупроводник

Когато съществува, броят на дупките и електроните се определя единствено от температурата, параметрите на лентовата структура и концентрацията на електрически активни примеси. Когато се изчислява съотношението, се приема, че някои от частиците ще бъдат в зоната на проводимост (на ниво акцептор или донор). Той също така взема предвид факта, че част може да напусне територията на валентността и там се образуват пропуски.

Електропроводимост

В полупроводниците, в допълнение към електроните, йоните също могат да действат като носители на заряд. Но тяхната електропроводимост в повечето случаи е незначителна. Като изключение могат да се цитират само йонни свръхпроводници. Има три основни механизма на пренос на електрони в полупроводниците:

1. Основна зона. В този случай електронът се движи поради промяна в енергията си в рамките на същата разрешена територия.
2. Прескачащ трансфер през локализирани състояния.
3. Поларон.

екситон

Дупка и електрон могат да образуват свързано състояние. Нарича се екситон на Wannier-Mott. В този случай, което съответства на ръба на поглъщане, намалява с размера на връзката. При достатъчно енергия в полупроводниците може да се образува значително количество екситони. С увеличаването на тяхната концентрация се получава кондензация и се образува течност с електронни дупки.

Полупроводникова повърхност

Тези думи означават няколко атомни слоя, които са разположени близо до ръба на устройството. Свойствата на повърхността са различни от свойствата на обема. Наличието на тези слоеве нарушава транслационната симетрия на кристала. Това води до така наречените повърхностни състояния и поляритони. Развивайки темата за последното, трябва да се информират и за спиновите и вибрационните вълни. Поради своята химическа активност, повърхността е покрита с микроскопичен слой от чужди молекули или атоми, които са били адсорбирани от околната среда. Те определят свойствата на тези няколко атомни слоя. За щастие, създаването на свръхвисока вакуумна технология, в която се създават полупроводникови елементи, позволява да се получи и поддържа чиста повърхност в продължение на няколко часа, което има положителен ефект върху качеството на получените продукти.

полупроводник. Температурата влияе на устойчивостта

Когато температурата на металите се повиши, тяхната устойчивост също се увеличава. При полупроводниците е обратното - при същите условия този параметър ще намалее за тях. Въпросът тук е, че електропроводимостта на всеки материал (а тази характеристика е обратно пропорционална на съпротивлението) зависи от това какъв токов заряд имат носителите, от скоростта на движението им в електрическо поле и от броя им в единица обем Материалът.

В полупроводниковите елементи с повишаване на температурата концентрацията на частици се увеличава, поради което топлопроводимостта се увеличава и съпротивлението намалява. Можете да проверите това, ако имате обикновен набор от млад физик и необходимия материал - силиций или германий, можете също да вземете полупроводник, направен от тях. Повишаването на температурата ще намали тяхната устойчивост. За да се уверите в това, трябва да се запасите с измервателни уреди, които ще ви позволят да видите всички промени. Това е в общия случай. Нека да разгледаме няколко частни опции.

Съпротивление и електростатична йонизация

Това се дължи на тунелирането на електрони, преминаващи през много тясна бариера, която доставя около една стотна от микрометъра. Намира се между краищата на енергийните зони. Появата му е възможна само при накланяне на енергийните ленти, което се случва само под въздействието на силно електрическо поле. Когато възникне тунелиране (което е квантово-механичен ефект), тогава електроните преминават през тясна потенциална бариера и тяхната енергия не се променя. Това води до увеличаване на концентрацията на носители на заряд и в двете ленти: както проводимост, така и валентност. Ако се развие процесът на електростатична йонизация, тогава може да възникне тунелен разпад на полупроводника. По време на този процес съпротивлението на полупроводниците ще се промени. Той е обратим и веднага щом електрическото поле бъде изключено, всички процеси ще бъдат възстановени.

Устойчивост и ударна йонизация

В този случай дупките и електроните се ускоряват, докато преминават средния свободен път под въздействието на силно електрическо поле до стойности, които допринасят за йонизацията на атомите и разкъсването на една от ковалентните връзки (основният атом или примес ). Ударната йонизация протича като лавина и носителите на заряд се размножават в нея като лавина. В този случай новосъздадените дупки и електрони се ускоряват от електрически ток. Стойността на тока в крайния резултат се умножава по коефициента на ударна йонизация, който е равен на броя на двойките електрон-дупка, които се образуват от носителя на заряд в един участък от пътя. Развитието на този процес в крайна сметка води до лавинообразен срив на полупроводника. Съпротивлението на полупроводниците също се променя, но, както в случая на разрушаване на тунел, то е обратимо.

Използването на полупроводници в практиката

Особеното значение на тези елементи трябва да се отбележи в компютърните технологии. Почти не се съмняваме, че няма да се интересувате от въпроса какво представляват полупроводниците, ако не беше желанието самостоятелно да сглобите обект, използвайки ги. Невъзможно е да си представим работата на съвременните хладилници, телевизори, компютърни монитори без полупроводници. Не правете без тях и напреднали автомобилни разработки. Използват се и в авиацията и космическата техника. Разбирате ли какво представляват полупроводниците, колко са важни? Разбира се, не може да се каже, че това са единствените незаменими елементи за нашата цивилизация, но и те не бива да се подценяват.

Използването на полупроводниците в практиката също се дължи на редица фактори, включително широкото разпространение на материалите, от които са направени, и лекотата на обработка и получаване на желания резултат, както и други технически характеристики, поради които изборът на учените, разработили електронно оборудване, се спряха на тях.

Заключение

Разгледахме подробно какво представляват полупроводниците, как работят. Тяхната устойчивост се основава на сложни физични и химични процеси. И можем да ви уведомим, че фактите, описани в статията, няма да разберат напълно какво представляват полупроводниците по простата причина, че дори науката не е проучила характеристиките на тяхната работа до края. Но знаем техните основни свойства и характеристики, които ни позволяват да ги прилагаме на практика. Следователно можете да търсите полупроводникови материали и да експериментирате с тях сами, като внимавате. Кой знае, може би във вас дреме велик изследовател?!