Rryma elektrike në gjysmëpërçues; Gjysem percjellesit

Përçuesit, gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët

Në varësi të përqendrimit të ngarkesave të lira, trupat ndahen në përçues, dielektrikë dhe gjysmëpërçues.

Dirigjentët– trupa në të cilët ngarkesat mund të lëvizin në të gjithë vëllimin (ngarkesa të lira), pra përçojnë rrymë elektrike. Në metale (përçues të llojit të parë) këto janë elektrone. Në tretësirat dhe shkrirjet e kripërave, acideve dhe alkaleve (përçues të llojit të dytë) këto janë jone pozitive dhe negative - katione, anione.

Dielektrikë– trupat në të cilët ngarkesat zhvendosen në distanca që nuk e kalojnë madhësinë e një atomi (ngarkesa të lidhura), kështu që ato nuk përçojnë rrymë elektrike.

Gjysem percjellesit zënë një pozicion të ndërmjetëm midis përçuesve dhe dielektrikëve. Kryeni rrymë elektrike në kushte të caktuara.

Bartësit e ngarkesës janë elektronet dhe vrimat.

Teoria klasike e përçueshmërisë së metaleve

Një metal është një rrjetë kristalore, në nyjet e së cilës ka jone të ngarkuar pozitivisht, me gaz elektronik që ekziston midis joneve.

Kur krijohet një ndryshim potencial në një përcjellës, elektronet e lira fillojnë të lëvizin në mënyrë të rregullt.

Në fillim, elektronet lëvizin të përshpejtuar në mënyrë të njëtrajtshme, por shumë shpejt elektronet ndalojnë së shpejtuari ndërsa përplasen me atomet e rrjetës.

Atomet e grilës fillojnë të dridhen me amplitudë në rritje në krahasim me pikën konvencionale të pushimit dhe vërehet një efekt termoelektrik (përçuesi i ngrohjes).

Teoria e brezit të trupave të ngurtë

Në një atom të izoluar, energjia e një elektroni mund të marrë vlera rreptësisht diskrete, pasi elektroni mund të jetë vetëm në një nga orbitalet.

Atomet në një molekulë kanë orbitale të elektroneve të ndara.

Numri i orbitaleve është proporcional me numrin e atomeve. Kjo çon në formimin e orbitaleve molekulare.

Në një kristal makroskopik (më shumë se 1020 atome), numri i orbitaleve bëhet shumë i madh dhe ndryshimi në energjitë e elektroneve të vendosura në orbitalet fqinje bëhet shumë i vogël.

Nivelet e energjisë ndahen në grupe diskrete pothuajse të vazhdueshme - zona energjetike.

Brezi më i lartë në gjysmëpërçuesit dhe dielektrikët, në të cilin të gjitha gjendjet energjetike janë të zëna nga elektronet, quhet brezi i valencës, brezi tjetër është brezi i përcjelljes.

Në metale, brezi i përcjelljes është brezi më i lartë i lejuar në të cilin qëndrojnë elektronet.

Diagramet energjetike të përçuesve (a), gjysmëpërçuesve (b) dhe dielektrikëve (c) në temperatura afër zeros absolute.

Diagramet energjetike të dielektrikëve, gjysmëpërçuesve dhe përcjellësve

Gjysmëpërçues - një material i cili, për nga përçueshmëria e tij specifike, zë

vend i ndërmjetëm midis përçuesve dhe dielektrikëve.

Dallimi nga përçuesit është varësia e fortë e përçueshmërisë specifike nga 1) përqendrimi i papastërtive, 2). temperatura dhe 3). ekspozimi ndaj llojeve të ndryshme të rrezatimit.

Gjysmëpërçuesit janë substanca, hendeku i brezit të të cilëve është në rendin e disa elektron volt (eV).

Diamanti është një gjysmëpërçues me hendek të gjerë. Arsenidi i indiumit është një gjysmëpërçues me hendek të ngushtë.

Gjysmëpërçuesit përfshijnë:

Shumë elementë kimikë (germanium, silikon, selen, telur, arseniku dhe të tjerë),

Një numër i madh i lidhjeve

Komponimet kimike (arsenidi i galiumit, etj.).

Pothuajse të gjitha substancat inorganike.

Gjysmëpërçuesi më i zakonshëm në natyrë është silikoni.

përbën pothuajse 30% të kores së tokës.

Përçueshmëria e brendshme e gjysmëpërçuesve

Vetëpërçueshmëria– veti e gjysmëpërçuesve të pastër.

Nën ndikimin e faktorëve të jashtëm (temperatura, rrezatimi, fusha e fortë elektrike, etj.), elektronet nga brezi i valencës mund të transferohen në brezin e përcjelljes, gjë që shkakton shfaqjen e një rryme elektrike.

Thyerja e lidhjeve të valencës çon në formimin e hapësirave të lira (vrimave) që mund të pushtohen nga çdo elektron.

Një vrimë është një ngarkesë pozitive që lëviz përballë elektronit, në drejtim të fushës së jashtme.

Kjo përçueshmëri quhet vrima ose e tipit p (pozitive). Përçueshmëria e gjysmëpërçuesve shfaqet vetëm nën ndikimin e faktorëve të jashtëm.

Në një temperaturë të caktuar, ndodh një ekuilibër midis gjenerimit të elektroneve dhe vrimave dhe procesit të kundërt (rikombinimit), në të cilin vendoset një përqendrim i caktuar i bartësve të ngarkesës.

Përçueshmëria e papastërtive e gjysmëpërçuesve

Përçueshmëria e papastërtive shkaktohet nga papastërtitë e arsenikut (V), borit (III), etj. të futura në gjysmëpërçues.

Përçueshmëria e tipit N (negativ)

Silic (IV) + arsenik (V) - një elektron "ekstra" i përcjelljes së lirë do të mbetet midis atomeve të arsenikut dhe silikonit. Në këtë rast, formimi i vrimës nuk do të ndodhë vetëm nga elektronet (papastërtia e donatorëve).

Përçueshmëria e tipit P (pozitive - pozitive)

Silic (IV) + indium (III) - nuk do të ketë elektrone të mjaftueshme në rrjetën kristalore, do të formohet një vrimë. Në këtë rast, ndodh përçimi i vrimës (papastërtia e pranuesit). Përçueshmëria e papastërtive shkaktohet nga bartës të së njëjtës shenjë (elektrone ose vrima).

Përzierja e borit në silikon (1/105 atome) redukton elektricitetin specifik

Rezistenca e silikonit është 1000 herë.

Papastërtia e indiumit në germanium 1/ (108 - 109 atome) redukton rezistencën elektrike të germaniumit me miliona herë.

Dukuritë e kontaktit në metale

Nëse dy metale vihen në kontakt, atëherë a

diferencë potenciale. Nëse metalet Al, Zn, Sn, Pb, Sb, Bi, Hg, Fe, Cu, Ag, Au, Pt, Pd (seritë Volta) vihen në kontakt në këtë sekuencë, atëherë secili i mëparshëm do të ngarkohet pas kontaktit me një nga metalet e mëposhtme

pozitivisht. Diferenca e potencialit të kontaktit varion nga të dhjetat në volt të plota. Kjo shpjegohet me faktin se të gjitha metalet ndryshojnë nga njëri-tjetri në përqendrime të ndryshme të elektroneve. Kur dy metale vijnë në kontakt, elektronet do të fillojnë të kalojnë përmes ndërfaqes midis metaleve dhe do të shfaqet një shtresë elektrike e dyfishtë me një ndryshim potencial.

Fenomeni Seebeck(1821). Nëse kryqëzimet e përcjellësve janë në temperatura të ndryshme, atëherë në qark lind një forcë termoelektrmotore, e cila

varet nga ndryshimi në temperaturat e kontaktit dhe nga natyra e materialeve të përdorura. Fenomeni Seebeck përdoret për të matur temperaturën (termoelementet, termoçiftet).

Fenomeni Peltier(1834). Kur një rrymë elektrike kalon përmes një kontakti të dy përçuesve të ndryshëm, në varësi të drejtimit të saj, përveç

Nxehtësia xhaul lëshon ose thith nxehtësi shtesë. Fenomeni Peltier është e kundërta e fenomenit Seebeck.

Fenomeni Peltier përdoret në frigoriferët gjysmëpërçues termoelektrikë.

Dukuritë e kontaktit në gjysmëpërçuesit

Kur dy gjysmëpërçues të tipit n dhe të tipit p vijnë në kontakt, në pikën e kontaktit të tyre formohet një kryqëzim p-n.

Në rajonin e kryqëzimit pn, brezat e energjisë janë të përkulura, duke rezultuar në barriera të mundshme si për elektronet ashtu edhe për vrimat.

Përdoret për të bërë:

Diodat (korrigjim dhe

shndërrimi i rrymave alternative);

Transistorët (amplifikimi i tensionit dhe

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 bartësit të pakicës 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-vrimë, 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 i 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?

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 (Fig. 1.5)

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.

Figura 1.5 Rryma e lëvizjes në një gjysmëpërçues

1.2.2 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 (Fig. 1.6).

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.

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 (Fig. 1.6).

Figura 1.6 Rryma e difuzionit në një gjysmëpërçues

1.3 Dukuritë e kontaktit

Kalimi elektron-vrimë në gjendje ekuilibri

Parimi i funksionimit të shumicës së pajisjeve gjysmëpërçuese bazohet në fenomenet fizike që ndodhin në zonën e kontaktit midis trupave të ngurtë. Në këtë rast përdoren kryesisht kontaktet: gjysmëpërçues-gjysmëpërçues; metal gjysmëpërçues; metal-dielektrik-gjysmëpërçues.

Nëse krijohet një bashkim ndërmjet gjysmëpërçuesve të tipit n dhe të tipit p, atëherë ai quhet kryqëzim elektron-vrimë ose p-n.

Një bashkim elektron-vrimë krijohet në një kristal të vetëm gjysmëpërçues duke përdorur operacione teknologjike komplekse dhe të larmishme.

Le të shqyrtojmë një tranzicion p-n në të cilin përqendrimet e donatorëve N d dhe pranuesve N ndryshojnë papritur në ndërfaqe (Fig. 1.7, a). Një tranzicion i tillë pn quhet i papritur. Përqendrimi ekuilibër i vrimave në rajonin p () tejkalon ndjeshëm përqendrimin e tyre në rajonin n (). Në mënyrë të ngjashme, për elektronet kushti> është i plotësuar. Shpërndarja e pabarabartë e përqendrimeve të bartësve të ngjashëm të ngarkesës në kristal (Fig. 1.7, b) çon në difuzionin e elektroneve nga rajoni n në rajonin p dhe vrima nga rajoni p në rajonin n. Kjo lëvizje e ngarkesave krijon një rrymë difuzioni të elektroneve dhe vrimave.

Elektronet dhe vrimat, duke kaluar përmes kontaktit me njëri-tjetrin (për shkak të difuzionit), rikombinohen dhe një ngarkesë e pakompensuar e joneve negative të papastërtive pranuese formohet në rajonin afër kontaktit të gjysmëpërçuesit të vrimës, dhe një ngarkesë e pakompensuar e joneve dhurues pozitivë në gjysmëpërçuesi elektronik (Fig. 1.6, c). Kështu, gjysmëpërçuesi elektronik ngarkohet pozitivisht, dhe gjysmëpërçuesi i vrimës ngarkohet negativisht. Ndërmjet zonave me lloje të ndryshme përçueshmërie elektrike, lind një fushë elektrike e vetë me intensitet E (Fig. 1.7, a), e krijuar nga dy shtresa ngarkesash hapësinore.

Fusha elektrike e brendshme po ngadalësohet për transportuesit e ngarkesës me shumicë dhe përshpejtohet për ato pakicë. Elektronet e rajonit p dhe vrimat e rajonit n, që kryejnë lëvizje termike, bien brenda kufijve të fushës elektrike të difuzionit, largohen prej saj dhe transferohen në rajone të kundërta, duke formuar një rrymë lëvizëse ose rrymë përcjellëse.

Figura 1.7 Gjendja e ekuilibrit të kryqëzimit p-n

Regjioni afër kontaktit, ku ka fushën e vet elektrike, quhet fq- ntranzicionit. Në këtë zonë, gjysmëpërçuesi karakterizohet nga përçueshmëria e tij elektrike dhe ka një rezistencë të shtuar në krahasim me pjesën tjetër të vëllimit. Në këtë drejtim, quhet shtresa penguese ose rajoni i ngarkesës hapësinore.

Gjerësia e shtresës bllokuese ndikohet ndjeshëm nga përqendrimi i atomeve të papastërtive. Një rritje në përqendrimin e atomeve të papastërtive ngushton shtresën penguese dhe një rënie e zgjeron atë. Kjo shpesh përdoret për t'i dhënë vetitë e dëshiruara pajisjeve gjysmëpërçuese.

Përshëndetje të dashur lexues të faqes. Faqja ka një seksion të dedikuar për amatorët fillestarë të radios, por deri më tani nuk kam shkruar asgjë për fillestarët që hedhin hapat e tyre të parë në botën e elektronikës. Unë e plotësoj këtë boshllëk dhe me këtë artikull fillojmë të njihemi me strukturën dhe funksionimin e komponentëve të radios (komponentëve të radios).

Le të fillojmë me pajisjet gjysmëpërçuese. Por për të kuptuar se si funksionon një diodë, tiristor ose transistor, duhet të imagjinoni se çfarë është gjysmëpërçues. Prandaj, fillimisht do të studiojmë strukturën dhe vetitë e gjysmëpërçuesve në nivel molekular dhe më pas do të merremi me funksionimin dhe projektimin e komponentëve të radios gjysmëpërçuese.

Koncepte të përgjithshme.

Pse pikërisht gjysmëpërçues diodë, tranzistor apo tiristor? Sepse baza e këtyre komponentëve radio është gjysmëpërçuesit- substanca të afta për të përcjellë rrymë elektrike dhe për të parandaluar kalimin e saj.

Ky është një grup i madh substancash të përdorura në inxhinierinë radio (gjermanium, silikon, selen, oksid bakri), por kryesisht vetëm Silikoni(Si) dhe Germanium(Ge).

Për sa i përket vetive të tyre elektrike, gjysmëpërçuesit zënë një vend të mesëm midis përçuesve dhe jopërçuesve të rrymës elektrike.

Vetitë e gjysmëpërçuesve.

Përçueshmëria elektrike e përcjellësve varet shumë nga temperatura e ambientit.
Në shumë të ulëta temperatura afër zeros absolute (-273°C), gjysmëpërçuesit mos e kryeni rryma elektrike dhe rrit temperaturat, rezistenca e tyre ndaj rrymës zvogëlohet.

Nëse tregoni një gjysmëpërçues dritë, atëherë përçueshmëria e tij elektrike fillon të rritet. Duke përdorur këtë veti të gjysmëpërçuesve, ata u krijuan fotovoltaike pajisje. Gjysmëpërçuesit janë gjithashtu të aftë të konvertojnë energjinë e dritës në rrymë elektrike, për shembull, panelet diellore. Dhe kur futet në gjysmëpërçues papastërtitë substanca të caktuara, përçueshmëria e tyre elektrike rritet ndjeshëm.

Struktura e atomeve gjysmëpërçuese.

Germanium dhe silic janë materialet kryesore të shumë pajisjeve gjysmëpërçuese dhe kanë katër elektron valent.

Atomi Gjermania përbëhet nga 32 elektrone dhe një atom silikon nga 14. Por vetëm 28 elektronet e atomit të germaniumit dhe 10 elektronet e një atomi silikoni, të vendosura në shtresat e brendshme të predhave të tyre, mbahen fort nga bërthamat dhe nuk shkëputen kurrë prej tyre. Vetëm katër Elektronet e valencës së atomeve të këtyre përcjellësve mund të bëhen të lirë, dhe madje edhe atëherë jo gjithmonë. Dhe nëse një atom gjysmëpërçues humbet të paktën një elektron, atëherë ai bëhet jon pozitiv.

Në një gjysmëpërçues, atomet janë të rregulluar në një mënyrë strikte: çdo atom është i rrethuar nga katër të njëjtat atome. Për më tepër, ato janë të vendosura aq afër njëri-tjetrit saqë elektronet e tyre të valencës formojnë orbita të vetme që kalojnë rreth atomeve fqinje, duke i lidhur kështu atomet në një substancë të vetme të tërë.

Le të imagjinojmë marrëdhënien e atomeve në një kristal gjysmëpërçues në formën e një diagrami të sheshtë.
Në diagram, topa të kuq me një plus, në mënyrë konvencionale, tregojnë bërthamat atomike(jonet pozitive), dhe topat blu janë elektronet e valencës.

Këtu mund të shihni se rreth çdo atomi ka katër saktësisht të njëjtat atome, dhe secila nga këto katër ka një lidhje me katër atome të tjera, etj. Secili prej atomeve është i lidhur me secilin fqinj dy elektronet valente, me një elektron të tijin dhe tjetrin të huazuar nga një atom fqinj. Një lidhje e tillë quhet dyelektronike ose kovalente.

Nga ana tjetër, shtresa e jashtme e shtresës elektronike të secilit atom përmban tetë elektronet: katër e tyre, dhe vetëm, huazuar nga katër fqinje atomet. Këtu nuk mund të dalloni më se cili prej elektroneve të valencës në atom është "i juaji" dhe cili është "i huaj", pasi ato janë bërë të zakonshme. Me një lidhje të tillë të atomeve në të gjithë masën e një kristali germanium ose silikoni, mund të supozojmë se kristali gjysmëpërçues është një i madh. molekulë. Në figurë, rrathët rozë dhe të verdhë tregojnë lidhjen midis shtresave të jashtme të predhave të dy atomeve fqinje.

Përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi.

Konsideroni një vizatim të thjeshtuar të një kristali gjysmëpërçues, ku atomet përfaqësohen nga një top i kuq me një plus, dhe lidhjet ndëratomike tregohen nga dy vija që simbolizojnë elektronet e valencës.

Në temperatura afër zeros absolute, një gjysmëpërçues nuk kryen aktuale, pasi nuk ka elektronet e lira. Por me rritjen e temperaturës, lidhja e elektroneve të valencës me bërthamat atomike dobësohet dhe disa nga elektronet, për shkak të lëvizjes termike, mund të largohen nga atomet e tyre. Një elektron i shpëtuar nga një lidhje ndëratomike bëhet " falas", dhe aty ku ishte më parë, formohet një hapësirë ​​boshe, e cila quhet në mënyrë konvencionale vrimë.

Si më të larta temperatura e gjysmëpërçuesit, më shumë ai bëhet i lirë nga elektronet dhe vrimat. Si rezultat, rezulton se formimi i një "vrime" shoqërohet me largimin e një elektroni të valencës nga guaska e një atomi, dhe vetë vrima bëhet pozitive ngarkesë elektrike e barabartë negativ ngarkesa elektronike.

Tani le të shohim figurën, e cila tregon në mënyrë skematike fenomeni i gjenerimit aktual në një gjysmëpërçues.

Nëse aplikoni pak tension në gjysmëpërçues, kontaktet "+" dhe "-", atëherë do të lindë një rrymë në të.
Për shkak të dukuritë termike, në një kristal gjysmëpërçues nga lidhjet ndëratomike do të fillojë liro veten një numër i caktuar elektronesh (topa blu me shigjeta). Tërheqja e elektroneve pozitive pol i burimit të tensionit do të jetë lëvizin drejt tij, duke lënë pas vrima, e cila do të plotësohet nga të tjerët elektronet e lëshuara. Kjo do të thotë, nën ndikimin e një fushe elektrike të jashtme, transportuesit e ngarkesës fitojnë një shpejtësi të caktuar të lëvizjes së drejtimit dhe në këtë mënyrë krijojnë elektricitet.

Për shembull: elektroni i lëshuar më afër polit pozitiv të burimit të tensionit tërheq këtë pol. Thyerja e lidhjes ndëratomike dhe lënia e saj, elektroni gjethet pas vetes vrimë. Një tjetër elektron i lëshuar, i cili ndodhet në disa heqjen edhe nga poli pozitiv tërheq shtyllë dhe lëviz ndaj tij, por duke u takuar ka një vrimë në rrugën e saj dhe është tërhequr në të bërthamë atom, duke rivendosur lidhjen ndëratomike.

Rezultati i ri vrima pas elektronit të dytë, plotëson elektroni i tretë i lëshuar që ndodhet pranë kësaj vrime (Figura nr. 1). Nga ana e saj vrima, ndodhet më afër negativ shtyllë, e mbushur me të tjera elektronet e lëshuara(Figura nr. 2). Kështu, një rrymë elektrike lind në gjysmëpërçues.

Ndërsa është aktiv në një gjysmëpërçues fushe elektrike, ky proces të vazhdueshme: lidhjet ndëratomike prishen - shfaqen elektrone të lira - krijohen vrima. Vrimat mbushen me elektrone të lëshuara - lidhjet ndëratomike rikthehen, ndërsa lidhjet e tjera ndëratomike prishen, nga të cilat elektronet largohen dhe mbushin vrimat e ardhshme (Figura nr. 2-4).

Nga kjo përfundojmë: elektronet lëvizin nga poli negativ i burimit të tensionit në pozitiv, dhe vrimat lëvizin nga poli pozitiv në negativ.

Përçueshmëria me vrima elektronike.

Në një kristal gjysmëpërçues "të pastër" numri liruar në një moment të caktuar janë të barabartë me numrin e elektroneve duke u shfaqur në këtë rast, vrima, pra përçueshmëria elektrike e një gjysmëpërçuesi të tillë i vogël, pasi siguron rrymë elektrike i madh rezistencë, dhe kjo përçueshmëri elektrike quhet vet.

Por nëse e shtoni atë në një gjysmëpërçues në formë papastërtitë një numër i caktuar atomesh të elementeve të tjerë, atëherë përçueshmëria e tij elektrike do të rritet ndjeshëm, dhe në varësi të strukturat atomet e elementeve të papastërtive, përçueshmëria elektrike e gjysmëpërçuesit do të jetë elektronike ose vrimë.

Përçueshmëria elektronike.

Supozoni, në një kristal gjysmëpërçues në të cilin atomet kanë katër elektrone valente, ne zëvendësojmë një atom me një atom në të cilin pesë elektronet e valencës. Ky atom me të katër elektronet do të lidhen me katër atome fqinje të gjysmëpërçuesit dhe e pesta elektroni i valencës do të mbetet " e tepërt- domethënë falas. Dhe ç'farë më shumë më shumë do të ketë elektrone të lira, që do të thotë se një gjysmëpërçues i tillë në vetitë e tij do t'i afrohet metalit dhe në mënyrë që një rrymë elektrike të kalojë nëpër të, ai lidhjet ndëratomike nuk duhet domosdoshmërisht të shkatërrohen.

Gjysmëpërçuesit me veti të tilla quhen gjysmëpërçues me përçueshmëri "tip". n", ose gjysmëpërçuesit n-lloj. Këtu shkronja latine n vjen nga fjala "negative" - ​​domethënë "negative". Nga kjo rrjedh se në një gjysmëpërçues n-lloj kryesore transportuesit e ngarkesave janë - elektronet, dhe jo ato kryesore - vrima.

Përçueshmëria e vrimës.

Le të marrim të njëjtin kristal, por tani zëvendësojmë atomin e tij me një atom në të cilin vetëm tre elektron i lirë. Me tre elektronet e tij do të kontaktojë vetëm tre atomet fqinje dhe nuk do të ketë mjaftueshëm për t'u lidhur me atomin e katërt një elektron. Si rezultat, ajo formohet vrimë. Natyrisht, ai do të mbushet me çdo elektron tjetër të lirë që ndodhet afër, por, në çdo rast, nuk do të ketë gjysmëpërçues të tillë në kristal. kap elektrone për të mbushur vrimat. Dhe ç'farë më shumë do të ketë atome të tilla në një kristal, pra më shumë do të ketë vrima.

Kështu që elektronet e lira mund të lirohen dhe të lëvizin në një gjysmëpërçues të tillë, Lidhjet e valencës midis atomeve duhet të prishen. Por ende nuk do të ketë elektrone të mjaftueshme, pasi numri i vrimave do të jetë gjithmonë më shumë numri i elektroneve në çdo kohë të caktuar.

Të tillë gjysmëpërçues quhen gjysmëpërçues me vrimë përcjellshmërisë ose përcjellësve fq-lloj, i cili përkthehet nga latinishtja "pozitiv" do të thotë "pozitiv". Kështu, dukuria e rrymës elektrike në një kristal gjysmëpërçues të tipit p shoqërohet me një të vazhdueshme shfaqjen Dhe zhdukje ngarkesa pozitive - vrima. Kjo do të thotë se në një gjysmëpërçues fq-lloj kryesore transportuesit e ngarkesave janë vrima, dhe jo ato kryesore - elektronet.

Tani që keni njëfarë ideje për fenomenet që ndodhin në gjysmëpërçues, nuk do të jetë e vështirë për ju të kuptoni parimin e funksionimit të komponentëve të radios gjysmëpërçuese.

Le të ndalemi këtu dhe të shqyrtojmë pajisjen, parimin e funksionimit të diodës dhe të analizojmë karakteristikat e saj aktuale të tensionit dhe qarqet e kalimit.
Paç fat!

Burimi:

1 . Borisov V.G. - Radio amator i ri. 1985
2 . Uebfaqja akademike.ru: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.

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: elektroni dhe vrima.

Përçueshmëri 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.