§ 8. ДОМІШКОВА ПРОВІДНІСТЬ НАПІВПРОВІДНИКІВ. ЕЛЕКТРОННО-ДІРКОВИЙ ПЕРЕХІД

• До змісту відповідей

ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ

Який розмір мав би ваш смартфон?

Якби замість мільйонів мікротранзисторів у сучасному процесорі використали вакуумні тріоди, смартфон мав би розмір великої будівлі або декількох кімнат.

1. Як на провідність напівпровідників впливають домішки?

Додавання навіть невеликої кількості домішок суттєво підвищує провідність напівпровідника, оскільки кожний атом домішки створює в кристалі вільний носій заряду — електрон або дірку.

2. Які домішки називають донорними?

Донорними називають домішки, атоми яких відносно легко віддають електрони, що призводить до значного підвищення концентрації вільних електронів у напівпровіднику.

Які вільні носії заряду та чому будуть переважати в індії (індій — тривалентний елемент), якщо в нього додати невелику кількість кремнію?

В індії будуть переважати вільні електрони, оскільки кремній є чотиривалентним елементом, а індій — тривалентним; у такому разі атоми кремнію віддаватимуть “зайві” валентні електрони, виконуючи роль донорної домішки.

3. Які домішки називають акцепторними?

Акцепторними називають домішки, атоми яких «запозичують» електрони у атомів основного напівпровідника, внаслідок чого в кристалі утворюються вільні носії заряду — дірки.

4. Як утворюється електронно-дірковий перехід?

Електронно-дірковий перехід утворюється під час контакту двох напівпровідників із різними типами провідності: $p$-типу та $n$-типу. Внаслідок дифузії вільні електрони з $n$-ділянки переходять у $p$-ділянку, а дірки — у протилежному напрямку, де вони частково рекомбінують. Це призводить до того, що $n$-ділянка біля межі контакту набуває позитивного заряду, а $p$-ділянка — негативного, утворюючи подвійний запірний шар.

ДОСЛІДЖЕННЯ

Поясніть спостережувані явища.

У разі прямого ввімкнення світлодіода, коли позитивний полюс джерела з’єднаний із $p$-ділянкою, а негативний — із $n$-ділянкою, через електронно-дірковий перехід проходить електричний струм, що викликає світлове випромінювання. При зміні полярності на зворотну $p$-$n$ перехід чинить дуже великий опір, тому електричний струм у колі практично відсутній і світлодіод не світиться.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ

1. Як і чому зміниться опір чистого напівпровідника, якщо додати домішку?

Опір чистого напівпровідника значно зменшиться після додавання домішки. Це відбувається тому, що кожен атом домішки створює в кристалічній ґратці додатковий вільний носій заряду (електрон або дірку), що суттєво збільшує провідність матеріалу порівняно з чистим напівпровідником.

2. Яку домішку називають донорною?

Донорною називають домішку, атоми якої відносно легко віддають свої валентні електрони. У напівпровідниках із такою домішкою концентрація вільних електронів значно перевищує концентрацію дірок, завдяки чому вони стають напівпровідниками $n$-типу.

3. Яку домішку потрібно ввести, щоб отримати напівпровідник p-типу?

Для отримання напівпровідника p-типу до чистого напівпровідника необхідно ввести акцепторну домішку, тобто атоми елемента з меншою валентністю.

4. Які властивості має ділянка контакту двох напівпровідників із різними типами провідності? Як називають цю ділянку?

Ділянку контакту двох напівпровідників із різними типами провідності називають електронно-дірковим переходом або p-n-переходом. Ця ділянка має властивість однобічної провідності: вона добре пропускає електричний струм в одному напрямку (прямому) і практично не пропускає його в протилежному (зворотному).

5. Що таке напівпровідниковий діод? Наведіть його позначення на електричній схемі.

Напівпровідниковий діод — це напівпровідниковий пристрій, у внутрішній будові якого сформований один p-n-перехід. На електричній схемі він позначається трикутником, вершина якого впирається в коротку вертикальну риску, з лініями виводів по боках.

ВПРАВА № 8

1. Які з наведених тверджень є істинними?

Істинними є твердження А (Напівпровідник з акцепторною домішкою є напівпровідником p-типу) та В (Опір p-n-переходу залежить від напрямку струму).

2. На рис. 1 наведено схему прямого ввімкнення напівпровідника з p-n-переходом у коло. Якою є полярність під’єднання джерела струму до клем А і В?

Для прямого ввімкнення необхідно під’єднати позитивний полюс джерела до p-ділянки, а негативний — до n-ділянки. Відповідно до схеми на рисунку 1, клема А має бути під’єднана до позитивного полюса (+), а клема В — до негативного полюса (-) джерела струму.