Qëllimi i mësimit: të krijojë një ide të lirë
bartësit e ngarkesës elektrike në gjysmëpërçues dhe
natyra e rrymës elektrike në gjysmëpërçues.
Lloji i mësimit: mësim mbi mësimin e materialit të ri.
PLANI MËSIMOR
Kontroll njohurish 5 min. 1. Rryma elektrike në metale.
2. Rryma elektrike në elektrolite.
3. Ligji i Faradeit për elektrolizën.
4. Rryma elektrike në gaze
Demonstratat
5 minuta. Fragmente të videofilmit “Rryma elektrike në
gjysmëpërçues"
Mësoni gjëra të reja
material
28
min.
1. Bartësit e ngarkesës në gjysmëpërçuesit.
2. Përçueshmëria e papastërtive e gjysmëpërçuesve.
3. Tranzicioni elektron-vrimë.
4. Diodat dhe tranzistorët gjysmëpërçues.
5. Qarqet e integruara
Konsolidimi
studiuar
material
7 min. 1. Pyetje cilësore.
2. Të mësuarit për të zgjidhur problemet

MËSIMI I MATERIALIT TË RI
1. Mbaj ngarkesa në gjysmëpërçues

Rezistenca specifike e gjysmëpërçuesve në dhomë
temperaturat kanë vlera që variojnë gjerësisht
intervali, d.m.th. nga 10-3 në 107 Ohm m, dhe zënë
pozicioni i ndërmjetëm midis metaleve dhe dielektrikëve.
Gjysmëpërçuesit janë substanca rezistenca e të cilave
zvogëlohet shumë shpejt me rritjen e temperaturës.
Gjysmëpërçuesit përfshijnë shumë elementë kimikë
(bor, silic, germanium, fosfor, arsenik, selen, telur, etj.),
një numër i madh mineralesh, lidhjesh dhe kimikatesh
lidhjet. Pothuajse të gjitha substancat inorganike në mjedis
botë - gjysmëpërçuesit.
Për temperatura mjaft të ulëta dhe mungesë të jashtme
ndikimet
ndriçimi ose ngrohja)
gjysmëpërçuesit nuk përçojnë rrymë elektrike: me këto
kushte, të gjitha elektronet në gjysmëpërçuesit janë
lidhur.
Megjithatë, lidhja e elektroneve me atomet e tyre në
në gjysmëpërçues nuk është aq i fortë sa në dielektrikë. Dhe ne
në rast të rritjes së temperaturës, si dhe në ndriçim të ndritshëm
disa elektrone shkëputen nga atomet e tyre dhe bëhen
tarifa falas, domethënë ato mund të lëvizin në të gjithë
mostër.
Për shkak të kësaj, shfaqen gjysmëpërçuesit
bartësit e ngarkesës negative janë elektronet e lira.

Kur një elektron hiqet nga një atom, ngarkesa pozitive
i këtij atomi bëhet i pakompensuar, d.m.th. në këtë vend
ka një pozitive shtesë
Kjo
ngarkesa pozitive quhet "vrimë". Atom, mbyll
që ka krijuar një vrimë mund të hiqet nga i lidhur
elektron nga një atom fqinj, dhe vrima do të lëvizë në
atomi fqinj, dhe ai atom, nga ana tjetër, mund të "transmetojë"
vrima më tej.
Kjo lëvizje "race stafetë" e elektroneve të lidhur mund të jetë
e konsiderojnë atë si lëvizje të vrimave,
kjo eshte
ngarkesa pozitive.
(Për shembull,
ngarkuar.

Përçueshmëria gjysmëpërçuese për shkak të lëvizjes

vrimat quhen në formë vrime.
Dallimi midis përçueshmërisë së vrimës dhe
Kështu,
elektronike është ajo përçueshmëri elektronike
shkaktohet nga lëvizja e molekulave të lira në gjysmëpërçues
elektronet, dhe vrima - nga lëvizja e elektroneve të lidhur.
Në një gjysmëpërçues të pastër (pa papastërti), rryma elektrike
krijon numër të barabartë elektronesh dhe vrimash të lira.
Kjo përçueshmëri quhet përçueshmëri e brendshme
gjysmëpërçuesit.
2. Përçueshmëria e papastërtive e gjysmëpërçuesve
Nëse i shtohet silikonit të shkrirë të pastër
një sasi e vogël arseniku (afërsisht 10-5%), pas
duke u forcuar, formohet një rrjetë e rregullt kristalore
silic, por në disa vende grilë në vend të atomeve të silikonit
do të ketë atome arseniku.
Arseniku njihet si një element pesëvalent. Chotivalentni
elektronet formojnë lidhje elektronike të çiftëzuara me fqinjët
atomet e silikonit. Elektroni i pestë i valencës së lidhjes nuk është
mjafton, dhe do të lidhet aq dobët me atomin e arsenikut,
e cila lehtë bëhet e lirë. Si rezultat, të gjithë
atomi i papastërtisë do të japë një elektron të lirë.

Papastërtitë, atomet e të cilave heqin dorë lehtësisht nga elektronet quhen
donator.
Elektronet nga atomet e silikonit mund të bëhen të lirë,
duke formuar një vrimë, kështu që në kristal ata mund të njëkohësisht

Papastërti që "kap" elektronet nga atomet
quhen
ekzistojnë elektrone dhe vrima të lira. Megjithatë
do të ketë shumë herë më shumë elektrone të lira se vrima.
Gjysmëpërçuesit në të cilët janë bartësit kryesorë të ngarkesës

Nëse shtoni një sasi të vogël në silikon
indium trevalent,
pastaj natyra e përcjellshmërisë
gjysmëpërçuesi do të ndryshojë. Meqenëse indiumi ka tre
elektron valencë, atëherë ai mund të krijojë një kovalente
lidhje me vetëm tre atome fqinje. Për të krijuar
Nuk do të ketë lidhje të mjaftueshme me atomin e katërt të elektronit. Indium
"huazoni" një elektron nga atomet fqinje, si rezultat secili
atomi i Indisë formon një vend të lirë - një vrimë.

pranues.
Në rastin e papastërtisë së pranuesit, bartësit kryesorë të ngarkesës
gjatë kalimit të rrymës elektrike nëpër
gjysmëpërçuesi ka vrima. Gjysmëpërçuesit në të cilët
Transportuesit kryesorë të ngarkesës janë vrimat, të quajtura
gjysmëpërçues të tipit p.
Pothuajse të gjithë gjysmëpërçuesit përmbajnë dhurues dhe
papastërtitë pranuese. Lloji i përçueshmërisë gjysmëpërçuese
zbulon papastërti me përqendrim më të lartë të bartësit
ngarkuar - elektrone dhe vrima.
3. Tranzicioni elektron-vrimë
Ndër vetitë fizike të qenësishme të gjysmëpërçuesve janë
Karakteristikat e kontakteve (p-n-
tranzicioni) ndërmjet gjysmëpërçuesve me lloje të ndryshme
përçueshmëri.
Në një gjysmëpërçues të tipit n, elektronet marrin pjesë në termike
lëvizja dhe shpërndahet përtej kufirit në gjysmëpërçues p-
lloji, ku përqendrimi i tyre është shumë më i ulët. I ngjashëm
vrimat do të shpërndahen nga gjysmëpërçuesi i tipit p në
gjysmëpërçues i tipit n. Kjo ndodh njësoj si
atomet e substancës së tretur shpërndahen nga trupi i ngurtë
zgjidhje në një të dobët në rast të përplasjes së tyre.
Si rezultat i difuzionit, zona pranë kontaktit bëhet e varfëruar
bartësit kryesorë të ngarkesës: në një gjysmëpërçues të tipit n

përqendrimi i elektroneve zvogëlohet, dhe në gjysmëpërçues p-
lloji - përqendrimi i vrimave.
Prandaj rezistenca
zona e kontaktit rezulton të jetë shumë domethënëse.
Difuzioni i elektroneve dhe vrimave nëpër kryqëzimin pn çon në
sepse gjysmëpërçuesi është një tip n, nga i cili vijnë elektronet,
ngarkohet pozitivisht, dhe tipi p - negativisht. Ngrihet
shtresë elektrike e dyfishtë, e cila krijon një fushë elektrike,
e cila parandalon përhapjen e mëtejshme të lirë
bartësit e rrymës përmes kontakteve gjysmëpërçuese. Sipas disave
tensioni ndërmjet shtresës së dyfishtë të ngarkuar më tej
varfërimi i zonës së kontaktit me transportuesit kryesorë
ndalon.
Nëse tani e lidhim gjysmëpërçuesin me një burim rrymë
në mënyrë që rajoni i tij elektronik të jetë i lidhur me
poli negativ i burimit, dhe vrima - me
pozitive, pastaj fusha elektrike e krijuar nga burimi
rryma do të drejtohet në mënyrë që të lëvizë kryesoren
bartësit e rrymës në çdo seksion të gjysmëpërçuesit me p-n-
tranzicionit.
Me kontakt, zona do të pasurohet me bazë
transportuesit aktual dhe rezistenca e tij do të ulet. përmes
kontakti do të ketë një rrymë të dukshme. Drejtimi i rrymës në
Ky rast quhet i drejtpërdrejtë ose i drejtpërdrejtë.
Nëse lidhim një gjysmëpërçues të tipit n me
pozitiv, dhe tipi p në polin negativ të burimit,
atëherë zona e kontaktit zgjerohet. Rezistenca e zonës
rritet ndjeshëm. Rryma përmes shtresës së tranzicionit do të jetë
shumë i vogël. Ky drejtim i rrymës quhet mbyllje, ose
e kundërta
4. Diodat dhe tranzistorët gjysmëpërçues
Prandaj, në të gjithë ndërfaqen gjysmëpërçuese të tipit n
dhe rryma elektrike e tipit p rrjedh vetëm në një drejtim -
nga gjysmëpërçues i tipit p në gjysmëpërçues të tipit n.
Kjo përdoret në pajisjet e quajtura dioda.
Diodat gjysmëpërçuese përdoren për të korrigjuar rrymën
drejtim i alternuar (rryma e tillë quhet alternative), dhe
edhe për prodhimin e LED-ve. Gjysmëpërçues
ndreqësit kanë besueshmëri të lartë dhe jetë të gjatë shërbimi
përdorni.

pajisje:
Diodat gjysmëpërçuese përdoren gjerësisht në
radio inxhinieri
radiot,
VCR, televizorë, kompjuterë.
Një aplikim edhe më i rëndësishëm i gjysmëpërçuesve është bërë
tranzistor. Ai përbëhet nga tre shtresa gjysmëpërçuesish:
gjysmëpërçuesit e të njëjtit lloj janë të vendosur në skajet, dhe ndërmjet
ato janë një shtresë e hollë e një lloji tjetër gjysmëpërçuesi. I gjerë
Përdorimi i transistorëve është për faktin se me ndihmën e tyre
sinjalet elektrike mund të përforcohen. Prandaj tranzistori
është bërë elementi kryesor i shumë gjysmëpërçuesve
pajisje.
5. Qarqet e integruara
Diodat dhe tranzistorët gjysmëpërçues janë
"blloqe ndërtimi" të pajisjeve shumë komplekse të quajtura
qarqe të integruara.
Mikroçipet punojnë sot në kompjuterë dhe televizorë,
telefonat celularë dhe satelitët artificialë,
V
makina, aeroplanë dhe madje edhe makina larëse.
Një qark i integruar është bërë në një meshë silikoni.
Madhësia e pllakës është nga një milimetër në një centimetër, dhe
një pjatë e tillë mund të strehojë deri në një milion
komponentë - dioda të vogla, transistorë, rezistorë dhe
etj.
Përparësitë e rëndësishme të qarqeve të integruara janë
performancë dhe besueshmëri e lartë, si dhe e ulët
çmimi. Është falë kësaj, bazuar në integrale
qarqe dhe arritën të krijojnë komplekse, por shumë pajisje janë të arritshme,
kompjuterë dhe pajisje moderne shtëpiake.

PYETJE PËR NXËNËSIT GJATË PARAQITJES SË MATERIALIT TË RI
Niveli i parë
1. Cilat substanca mund të klasifikohen si gjysmëpërçues?
2. Lëvizja e të cilave grimcat e ngarkuara krijon një rrymë në
gjysmëpërçuesit?
3. Pse rezistenca e gjysmëpërçuesve është kaq e lartë?
varet nga prania e papastërtive?

4. Si formohet një kryqëzim pn? Çfarë vetie ka p-n-
tranzicioni?
5. Pse transportuesit pa pagesë nuk mund të kalojnë
përmes një kryqëzimi p-n të një gjysmëpërçuesi?
Niveli i dytë
1. Pas futjes së papastërtive të arsenikut në germanium, përqendrimi

A është ky përqendrimi i vrimave?
2. Me ndihmën e asaj përvoje mund të bindet e njëanshme
përçueshmëria e një diode gjysmëpërçuese?
3. A është e mundur të merret një bashkim p-n duke shkrirë kallajin
te germaniumi apo silici?

NDËRTIMI I MATERIALIT TË MËSUAR
1). Pyetje cilësore
1.
Pse janë kërkesat për pastërtinë gjysmëpërçuese
materialet janë shumë të larta (në disa raste nuk lejohet
prania e qoftë edhe një atomi papastërti për një milion atome)?
2. Pas futjes së papastërtive të arsenikut në germanium, përqendrimi
elektronet përçuese u rritën. Si ndryshoi kur
A është ky përqendrimi i vrimave?
3. Çfarë ndodh në kontaktin e dy gjysmëpërçuesve n- dhe p-
si?
4. Kutia e mbyllur përmban një diodë gjysmëpërçuese dhe
reostat. Skajet e pajisjeve nxirren dhe lidhen me to
terminalet. Si të përcaktoni se cilat terminale i përkasin diodës?
2). Mësoni të zgjidhni problemet
1. Çfarë lloj përçueshmërie (elektronike apo vrimash) ka?
silikon me një përzierje galiumi? India? fosfor? antimoni?
2. Çfarë lloj përçueshmërie (elektronike apo vrime) do të jetë
silic nëse i shtohet fosfor? bor? alumini?
arsenik?

3. Si do të ndryshojë rezistenca e një kampioni silikoni me një papastërti?
fosfor, nëse futni një përzierje galiumi në të? Përqendrimi
i atomeve të fosforit dhe galiumit është i njëjtë. (Përgjigje: do të rritet)

ÇFARË MËSOJMË NË MËSIM
Gjysmëpërçuesit janë substanca rezistenca e të cilave
zvogëlohet shumë shpejt me rritjen e temperaturës.

elektronet quhen elektron.
Përçueshmëria e një gjysmëpërçuesi për shkak të lëvizjes
vrimat quhen në formë vrime.
Papastërtitë, atomet e të cilave heqin dorë lehtësisht nga elektronet quhen
donator.

janë elektrone, të quajtur gjysmëpërçues të tipit n.
Papastërti që "kap" elektronet e atomeve
rrjeta kristalore e gjysmëpërçuesve,
quhen
pranues.
· Gjysem percjellesit ne te cilet jane bartesit kryesor te ngarkeses
janë vrima, të quajtura gjysmëpërçues të tipit p.
Kontakti i dy gjysmëpërçuesve me lloje të ndryshme
përçueshmëria ka vetitë e përcjelljes së rrymës mirë në një
drejtim dhe shumë më keq në drejtim të kundërt
drejtim, d.m.th. ka përçueshmëri njëkahëshe.

Detyre shtepie
1. §§ 11, 12.

Në këtë mësim do të shikojmë një medium të tillë për kalimin e rrymës elektrike si gjysmëpërçuesit. Ne do të shqyrtojmë parimin e përçueshmërisë së tyre, varësinë e kësaj përçueshmërie nga temperatura dhe prania e papastërtive, ne do të konsiderojmë një koncept të tillë si një kryqëzim p-n dhe pajisjet bazë gjysmëpërçuese.

Nëse bëni një lidhje të drejtpërdrejtë, atëherë fusha e jashtme do të neutralizojë atë bllokuese dhe rryma do të bartet nga bartësit kryesorë të ngarkesës (Fig. 9).

Oriz. 9. Kryqëzim p-n me lidhje direkte ()

Në këtë rast, rryma e transportuesve minoritarë është e papërfillshme, praktikisht nuk ekziston. Prandaj, kryqëzimi p-n siguron përcjelljen e njëanshme të rrymës elektrike.

Oriz. 10. Struktura atomike e silikonit me rritjen e temperaturës

Përçueshmëria e gjysmëpërçuesve është elektron-vrima, dhe një përçueshmëri e tillë quhet përçueshmëri e brendshme. Dhe ndryshe nga metalet përcjellës, me rritjen e temperaturës rritet numri i ngarkesave të lira (në rastin e parë nuk ndryshon), prandaj përçueshmëria e gjysmëpërçuesve rritet me rritjen e temperaturës dhe rezistenca zvogëlohet (Fig. 10).

Një çështje shumë e rëndësishme në studimin e gjysmëpërçuesve është prania e papastërtive në to. Dhe në rastin e pranisë së papastërtive, duhet të flasim për përçueshmërinë e papastërtive.

Pajisjet gjysmëpërçuese

Madhësia e vogël dhe cilësia shumë e lartë e sinjaleve të transmetuara i kanë bërë pajisjet gjysmëpërçuese shumë të zakonshme në teknologjinë moderne elektronike. Përbërja e pajisjeve të tilla mund të përfshijë jo vetëm silikonin e lartpërmendur me papastërti, por edhe, për shembull, germanium.

Një pajisje e tillë është një diodë - një pajisje e aftë për të kaluar rrymën në një drejtim dhe për të parandaluar kalimin e saj në tjetrin. Përftohet duke futur një gjysmëpërçues të një lloji tjetër në një kristal gjysmëpërçues të tipit p ose n (Fig. 11).

Oriz. 11. Përcaktimi i diodës në diagram dhe diagrami i pajisjes së saj, përkatësisht

Një pajisje tjetër, tani me dy kryqëzime p-n, quhet transistor. Ai shërben jo vetëm për të zgjedhur drejtimin e transmetimit të rrymës, por edhe për ta transformuar atë (Fig. 12).

Oriz. 12. Diagrami i strukturës së tranzistorit dhe përcaktimi i tij në diagramin elektrik, përkatësisht ()

Duhet të theksohet se mikroqarqet moderne përdorin shumë kombinime të diodave, transistorëve dhe pajisjeve të tjera elektrike.

Në mësimin tjetër do të shikojmë përhapjen e rrymës elektrike në vakum.

Bibliografi

1. Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. Fizikë (niveli bazë) - M.: Mnemosyne, 2012.
2. Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizikë klasa e 10-të. - M.: Ilexa, 2005.
3. Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizika. Elektrodinamika. - M.: 2010.

1. Parimet e funksionimit të pajisjeve ().
2. Enciklopedia e Fizikës dhe Teknologjisë ().

Detyre shtepie

1. Çfarë shkakton elektronet përçuese të shfaqen në një gjysmëpërçues?
2. Cila është përçueshmëria e brendshme e një gjysmëpërçuesi?
3. Si varet përçueshmëria e një gjysmëpërçuesi nga temperatura?
4. Si ndryshon papastërtia e dhuruesit nga papastërtia pranuese?
5. *Sa është përçueshmëria e silikonit me një përzierje të a) galiumit, b) indiumit, c) fosforit, d) antimonit?

Gjysmëpërçuesit janë substanca që, për nga përçueshmëria elektrike, zënë një pozicion të ndërmjetëm midis përçuesve të mirë dhe izolatorëve të mirë (dielektrikë).

Gjysmëpërçuesit janë si elementë kimikë (germanium Ge, silic Si, selen Se, teluri Te) dhe komponime të elementeve kimike (PbS, CdS, etj.).

Natyra e bartësve të rrymës në gjysmëpërçues të ndryshëm është e ndryshme. Në disa prej tyre, bartës të ngarkesës janë jonet; në të tjera, bartësit e ngarkesës janë elektronet.

Përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve

Ekzistojnë dy lloje të përçueshmërisë së brendshme të gjysmëpërçuesve: përçueshmëria elektronike dhe përçueshmëria e vrimave të gjysmëpërçuesve.

1. Përçueshmëria elektronike e gjysmëpërçuesve.

Përçueshmëria elektronike kryhet nga lëvizja e drejtuar në hapësirën ndëratomike të elektroneve të lira që kanë lënë shtresën valore të atomit si rezultat i ndikimeve të jashtme.

2. Përçueshmëria e vrimave të gjysmëpërçuesve.

Përçimi i vrimës ndodh me lëvizjen e drejtuar të elektroneve të valencës në pozicione të lira në lidhjet çift-elektroni - vrima. Elektroni i valencës së një atomi neutral që ndodhet në afërsi të një joni pozitiv (vrima) tërhiqet nga vrima dhe hidhet në të. Në këtë rast, një jon pozitiv (vrimë) formohet në vend të një atomi neutral, dhe një atom neutral formohet në vend të një joni pozitiv (vrima).

Në një gjysmëpërçues idealisht të pastër pa asnjë papastërti të huaj, çdo elektron i lirë korrespondon me formimin e një vrime, d.m.th. numri i elektroneve dhe vrimave të përfshira në krijimin e rrymës është i njëjtë.

Përçueshmëria në të cilën shfaqet i njëjti numër i bartësve të ngarkesës (elektrone dhe vrima) quhet përçueshmëri e brendshme e gjysmëpërçuesve.

Përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve është zakonisht e ulët, pasi numri i elektroneve të lira është i vogël. Gjurmët më të vogla të papastërtive ndryshojnë rrënjësisht vetitë e gjysmëpërçuesve.

Përçueshmëria elektrike e gjysmëpërçuesve në prani të papastërtive

Papastërtitë në një gjysmëpërçues konsiderohen atome të elementeve kimike të huaja që nuk gjenden në gjysmëpërçuesin kryesor.

Përçueshmëria e papastërtiveështë përçueshmëria e gjysmëpërçuesve për shkak të futjes së papastërtive në rrjetat e tyre kristalore.

Në disa raste, ndikimi i papastërtive manifestohet në faktin se mekanizmi i përcjelljes "vrima" bëhet praktikisht i pamundur, dhe rryma në gjysmëpërçues kryhet kryesisht nga lëvizja e elektroneve të lira. Gjysmëpërçues të tillë quhen gjysmëpërçuesit elektronikë ose gjysmëpërçues të tipit n(nga fjala latine negativus - negativ). Shumica e bartësve të ngarkesës janë elektronet, dhe bartësit e ngarkesës jo-shumicë janë vrima. Gjysmëpërçuesit e tipit N janë gjysmëpërçues me papastërti dhuruese.

1. Papastërtitë e donatorëve.

Papastërtitë që dhurojnë lehtësisht elektrone dhe për rrjedhojë rrisin numrin e elektroneve të lira quhen papastërti dhuruese. Papastërtitë e donatorëve furnizojnë elektrone përcjellëse pa krijuar të njëjtin numër vrimash.

Një shembull tipik i një papastërtie dhuruese në germanium tetravalent Ge janë atomet pesëvalente të arsenikut As.

Në raste të tjera, lëvizja e elektroneve të lira bëhet praktikisht e pamundur, dhe rryma kryhet vetëm nga lëvizja e vrimave. Këta gjysmëpërçues quhen gjysmëpërçues vrimash ose gjysmëpërçues të tipit p(nga fjala latine positivus - pozitive). Shumica e bartësve të ngarkesës janë vrima, jo shumica e bartësve të ngarkesës - elektronet. . Gjysmëpërçuesit e tipit P janë gjysmëpërçues me papastërti pranuese.

Papastërtitë e pranuesit janë papastërti në të cilat nuk ka mjaftueshëm elektrone për të formuar lidhje normale çift-elektronike.

Një shembull i një papastërtie pranuese në germanium Ge janë atomet trevalente të galiumit Ga

Rryma elektrike përmes kontaktit të gjysmëpërçuesve të tipit p dhe të tipit n Një bashkim p-n është një shtresë kontakti e dy gjysmëpërçuesve të papastërtive të tipit p dhe të tipit n; Një kryqëzim p-n është kufiri që ndan rajonet me përçueshmërinë e vrimës (p) dhe përçueshmërinë elektronike (n) në të njëjtin kristal të vetëm.

Kryqëzim i drejtpërdrejtë p-n

Nëse një gjysmëpërçues n është i lidhur me polin negativ të burimit të energjisë, dhe poli pozitiv i burimit të energjisë është i lidhur me gjysmëpërçuesin p, atëherë nën ndikimin e fushës elektrike, elektronet në gjysmëpërçuesin n dhe vrimat në gjysmëpërçuesi p do të lëvizë drejt njëri-tjetrit drejt ndërfaqes së gjysmëpërçuesve. Elektronet, duke kaluar kufirin, "mbushin" vrimat, rryma përmes kryqëzimit p-n kryhet nga transportuesit kryesorë të ngarkesës. Si rezultat, përçueshmëria e të gjithë kampionit rritet. Me një drejtim të tillë përpara (përmes) të fushës elektrike të jashtme, trashësia e shtresës bllokuese dhe rezistenca e saj zvogëlohen.

Në këtë drejtim, rryma kalon nëpër kufirin e dy gjysmëpërçuesve.

Kryqëzimi i kundërt pn

Nëse një gjysmëpërçues n është i lidhur me polin pozitiv të burimit të energjisë, dhe një gjysmëpërçues p është i lidhur me polin negativ të burimit të energjisë, atëherë elektronet në gjysmëpërçuesin n dhe vrimat në gjysmëpërçuesin p nën ndikimin e fusha elektrike do të lëvizë nga ndërfaqja në drejtime të kundërta, rryma përmes p Kryqëzimi -n kryhet nga bartës të ngarkesës së pakicës. Kjo çon në një trashje të shtresës penguese dhe një rritje të rezistencës së saj. Si rezultat, përçueshmëria e mostrës rezulton të jetë e parëndësishme, dhe rezistenca është e madhe.

Formohet një shtresë e ashtuquajtur penguese. Me këtë drejtim të fushës së jashtme, rryma elektrike praktikisht nuk kalon përmes kontaktit të gjysmëpërçuesve p- dhe n.

Kështu, tranzicioni elektron-vrimë ka përçueshmëri njëkahëshe.

Varësia e rrymës nga voltazhi - karakteristika volt-amper e kryqëzimit p-n tregohet në figurë (karakteristika volt-amper e kryqëzimit të drejtpërdrejtë p-n përshkruhet nga një vijë e fortë, karakteristika volt-amper e kryqëzimit të kundërt p-n është përshkruar me një vijë me pika).

Pajisjet gjysmëpërçuese:

Një diodë gjysmëpërçuese përdoret për të korrigjuar rrymën alternative, ajo përdor një kryqëzim p-n me rezistenca të ndryshme: në drejtimin përpara, rezistenca e kryqëzimit p-n është dukshëm më e vogël se në drejtimin e kundërt.

Fotorezistorë - për regjistrimin dhe matjen e flukseve të dobëta të dritës. Me ndihmën e tyre, ata përcaktojnë cilësinë e sipërfaqeve dhe kontrollojnë dimensionet e produkteve.

Termistorët - për matjen e temperaturës në distancë, alarmet e zjarrit.

Gjysmëpërçuesit janë materiale që janë dielektrikë në kushte normale, por bëhen përcjellës me rritjen e temperaturës. Kjo është, në gjysmëpërçuesit, me rritjen e temperaturës, rezistenca zvogëlohet.

Struktura e një gjysmëpërçuesi duke përdorur shembullin e një kristali silikoni

Le të shqyrtojmë strukturën e gjysmëpërçuesve dhe llojet kryesore të përçueshmërisë në to. Si shembull, merrni parasysh një kristal silikoni.

Silici është një element katërvalent. Rrjedhimisht, në shtresën e jashtme të saj ka katër elektrone që janë të lidhur dobët me bërthamën e atomit. Secili ka katër atome të tjera në lagjen e tij.

Atomet ndërveprojnë me njëri-tjetrin dhe formojnë lidhje kovalente. Një elektron nga çdo atom merr pjesë në një lidhje të tillë. Diagrami i pajisjes së silikonit është paraqitur në figurën e mëposhtme.

Foto

Lidhjet kovalente janë mjaft të forta dhe nuk prishen në temperatura të ulëta. Prandaj, nuk ka transportues të ngarkesës falas në silikon, dhe në temperatura të ulëta është një dielektrik. Ekzistojnë dy lloje të përcjellshmërisë në gjysmëpërçuesit: elektron dhe vrimën.

Përçueshmëria elektronike

Kur silikoni nxehet, do t'i jepet energji shtesë. Energjia kinetike e grimcave rritet dhe disa lidhje kovalente thyhen. Kjo krijon elektrone të lira.

Në një fushë elektrike, këto elektrone lëvizin midis nyjeve të rrjetës kristalore. Në këtë rast, një rrymë elektrike do të krijohet në silikon.

Meqenëse bartësit kryesorë të ngarkesës janë elektronet e lira, ky lloj përçueshmërie quhet përçueshmëri elektronike. Numri i elektroneve të lira varet nga temperatura. Sa më shumë të ngrohim silikonin, aq më shumë lidhje kovalente do të thyhen, dhe për këtë arsye do të shfaqen më shumë elektrone të lira. Kjo çon në një ulje të rezistencës. Dhe silikoni bëhet një përcjellës.

Përçueshmëria e vrimës

Kur prishet një lidhje kovalente, në vend të elektronit të arratisur formohet një pozicion vakant, i cili mund të pushtohet nga një elektron tjetër. Ky vend quhet vrimë. Vrima ka një ngarkesë pozitive të tepërt.

Pozicioni i vrimës në kristal po ndryshon vazhdimisht çdo elektron mund ta zërë këtë pozicion, dhe vrima do të lëvizë në vendin nga u hodh elektroni. Nëse nuk ka fushë elektrike, atëherë lëvizja e vrimave është e rastësishme, dhe për këtë arsye nuk ndodh rrymë.

Kur është i pranishëm, lind një lëvizje e rregullt e vrimave dhe përveç rrymës që krijohet nga elektronet e lira, ekziston edhe një rrymë që krijohet nga vrimat. Vrimat do të lëvizin në drejtim të kundërt me elektronet.

Kështu, në gjysmëpërçuesit, përçueshmëria është elektron-vrimë. Rryma krijohet si nga elektronet ashtu edhe nga vrimat. Ky lloj përçueshmërie quhet edhe përçueshmëri e brendshme, pasi përfshihen elementë të vetëm një atomi.

RRYMAT NË GJYSMËPËRÇËS

Rryma e lëvizjes

Në gjysmëpërçuesit, elektronet e lira dhe vrimat janë në një gjendje lëvizjeje kaotike. Prandaj, nëse zgjidhni një seksion kryq arbitrar brenda vëllimit të gjysmëpërçuesit dhe numëroni numrin e transportuesve të ngarkesës që kalojnë nëpër këtë seksion kryq për njësi të kohës nga e majta në të djathtë dhe nga e djathta në të majtë, vlerat e këtyre numrave do të jenë njëjtë. Kjo do të thotë se nuk ka rrymë elektrike në një vëllim të caktuar të gjysmëpërçuesit.

Kur një gjysmëpërçues vendoset në një fushë elektrike me intensitet E, një komponent i lëvizjes së drejtuar mbivendoset mbi lëvizjen kaotike të transportuesve të ngarkesës. Lëvizja e drejtuar e bartësve të ngarkesës në një fushë elektrike shkakton shfaqjen e një rryme të quajtur drift (Figura 1.6, a) Për shkak të përplasjes së transportuesve të ngarkesës me atomet e rrjetës kristalore, lëvizja e tyre është në drejtim të fushës elektrike.

me ndërprerje dhe karakterizohet nga lëvizshmëri m. Lëvizshmëria është e barabartë me shpejtësinë mesatare të fituar nga transportuesit e ngarkesës në drejtim të veprimit të një fushe elektrike me forcë E = 1 V/m, d.m.th.

Lëvizshmëria e transportuesve të ngarkesës varet nga mekanizmi i shpërndarjes së tyre në rrjetën kristalore. Hulumtimet tregojnë se lëvizshmëria e elektroneve m n dhe vrimave m p kanë vlera të ndryshme (m n > m p) dhe përcaktohen nga temperatura dhe përqendrimi i papastërtive. Një rritje e temperaturës çon në një ulje të lëvizshmërisë, e cila varet nga numri i përplasjeve të transportuesve të ngarkesës për njësi të kohës.

Dendësia e rrymës në një gjysmëpërçues, e shkaktuar nga lëvizja e elektroneve të lira nën ndikimin e një fushe elektrike të jashtme me një shpejtësi mesatare, përcaktohet nga shprehja.

Lëvizja (driftimi) i vrimave në brezin e valencës me një shpejtësi mesatare krijon një rrymë vrime në gjysmëpërçues, dendësia e së cilës është . Rrjedhimisht, dendësia totale e rrymës në një gjysmëpërçues përmban elektron j n dhe vrimën j p komponentë dhe është e barabartë me shumën e tyre (n dhe p janë përqendrimet e elektroneve dhe vrimave, përkatësisht).

Duke zëvendësuar relacionin për shpejtësinë mesatare të elektroneve dhe vrimave (1.11) në shprehjen për densitetin e rrymës, marrim

(1.12)

Nëse e krahasojmë shprehjen (1.12) me ligjin e Ohmit j = sE, atëherë përçueshmëria elektrike specifike e gjysmëpërçuesit përcaktohet nga relacioni

Për një gjysmëpërçues me përçueshmëri elektrike të brendshme, përqendrimi i elektronit është i barabartë me përqendrimin e vrimës (n i = p i), dhe përçueshmëria e tij elektrike specifike përcaktohet nga shprehja

Në një gjysmëpërçues të tipit n > , dhe përçueshmëria e tij elektrike mund të përcaktohet me një shkallë të mjaftueshme saktësie nga shprehja

.

Në një gjysmëpërçues të tipit p > , dhe përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi të tillë

Në temperatura të larta, përqendrimi i elektroneve dhe vrimave rritet ndjeshëm për shkak të thyerjes së lidhjeve kovalente dhe, megjithë një ulje të lëvizshmërisë së tyre, përçueshmëria elektrike e gjysmëpërçuesit rritet në mënyrë eksponenciale.

Rryma e difuzionit

Përveç ngacmimit termik, i cili çon në shfaqjen e një përqendrimi ekuilibër të ngarkesave të shpërndara në mënyrë uniforme në të gjithë vëllimin e gjysmëpërçuesit, pasurimi i gjysmëpërçuesit me elektrone në një përqendrim n p dhe vrima në një përqendrim p n mund të kryhet me anë të ndriçimit. rrezatimi me një rrjedhë grimcash të ngarkuara, futja e tyre përmes një kontakti (injeksioni), etj. Në këtë rast, energjia e ngacmuesit transferohet drejtpërdrejt në bartësit e ngarkesës dhe energjia termike e rrjetës kristalore mbetet pothuajse konstante. Rrjedhimisht, bartësit e tepërt të ngarkesës nuk janë në ekuilibër termik me rrjetën dhe për këtë arsye quhen jo ekuilibër. Ndryshe nga ato të ekuilibrit, ato mund të shpërndahen në mënyrë të pabarabartë në të gjithë vëllimin e gjysmëpërçuesit (Figura 1.6, b)

Pasi veprimi i patogjenit pushon për shkak të rikombinimit të elektroneve dhe vrimave, përqendrimi i transportuesve të tepërt zvogëlohet shpejt dhe arrin një vlerë ekuilibri.

Shkalla e rikombinimit të bartësve jo-ekuilibër është proporcionale me përqendrimin e tepërt të vrimave (p n - ) ose elektroneve (n p - ):

ku t p është jetëgjatësia e vrimave; t n - jetëgjatësia e elektronit. Gjatë jetës, përqendrimi i bartësve joekuilibër zvogëlohet me 2.7 herë. Jetëgjatësia e mediave të tepërta është 0,01...0,001 s.

Transportuesit e ngarkesës rikombinohen në pjesën më të madhe të gjysmëpërçuesit dhe në sipërfaqen e tij. Shpërndarja e pabarabartë e bartësve të ngarkesës jo ekuilibër shoqërohet me difuzionin e tyre drejt përqendrimeve më të ulëta. Kjo lëvizje e bartësve të ngarkesës shkakton kalimin e një rryme elektrike, të quajtur difuzion (Figura 1.6, b).

Le të shqyrtojmë rastin njëdimensional. Le të jenë përqendrimet e elektroneve n(x) dhe vrimave p(x) në një gjysmëpërçues funksione të koordinatës. Kjo do të çojë në lëvizjen e difuzionit të vrimave dhe elektroneve nga një zonë me një përqendrim më të lartë në një zonë me një përqendrim më të ulët.

Lëvizja e difuzionit të transportuesve të ngarkesës përcakton kalimin e një rryme difuzioni të elektroneve dhe vrimave, dendësia e të cilave përcaktohet nga marrëdhëniet:

; (1.13) ; (1.14)

ku dn(x)/dx, dp(x)/dx janë gradientët e përqendrimit të elektroneve dhe vrimave; D n, D p - koeficientët e difuzionit të elektroneve dhe vrimave.

Gradienti i përqendrimit karakterizon shkallën e pabarazisë në shpërndarjen e ngarkesave (elektrone dhe vrima) në një gjysmëpërçues përgjatë një drejtimi të zgjedhur (në këtë rast, përgjatë boshtit x). Koeficientët e difuzionit tregojnë numrin e bartësve të ngarkesës që kalojnë një sipërfaqe njësi për njësi të kohës pingul me drejtimin e zgjedhur, me një gradient përqendrimi në këtë drejtim të barabartë me unitetin. Shanset

Difuzionet lidhen me lëvizshmërinë e bartësve të ngarkesës nga marrëdhëniet e Ajnshtajnit:

; .

Shenja minus në shprehjen (1.14) nënkupton drejtimin e kundërt të rrymave elektrike në një gjysmëpërçues gjatë lëvizjes së difuzionit të elektroneve dhe vrimave në drejtim të uljes së përqendrimeve të tyre.

Nëse një fushë elektrike dhe një gradient përqendrimi i bartësit ekzistojnë në një gjysmëpërçues, rryma që kalon do të ketë komponentë drift dhe difuzion. Në këtë rast, dendësia e rrymës llogaritet duke përdorur ekuacionet e mëposhtme:

; .

DUKURITË E KONTAKTIT