![Page 1: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/1.jpg)
1
ЕЛЕКТРИЧНИЙ СТРУМ У НАПІВПРОВІДНИКАХ
Урок №36
15.04.2023
![Page 2: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/2.jpg)
2
ДАЙТЕ ВІДПОВІДЬ НА ПИТАННЯ
Чому за звичайних умов газ не проводить електричного струму?
Що таке йонізація? Який розряд у газі називають
самостійним? Які види самостійного газового розряду
вам відомі? Наведіть приклад іскрового газового
розряду. Які особливості дугового розряду
забезпечили його широке використання?
![Page 3: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/3.jpg)
3
ПЛАН ВИВЧЕННЯ ТЕМИ
Що таке напівпровідники? Носії зарядів у напівпровідниках. Домішкова провідність напівпровідників. Використання напівпровідників.
![Page 4: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/4.jpg)
4
1. ЩО ТАКЕ НАПІВПРОВІДНИКИ?
Для того, щоб зрозуміти походження назви «напівпровідники» розглянемо спочатку таблицю питомих опорів (Ом *мм2)/м за 20 °С:
Як видно з таблиці, питомі опори напівпровідників за кімнатної температури мають значення, що перебувають у широкому інтервалі, тобто від 10-3 до 107, і є проміжною ланкою між металами й діелектриками.
Метал Питомий опірНапів-
провідникПитомий опір Діелектрик Питомий опір
Срібло 1,6 • 10-8 Телур 2,5 • 10-3 Скло 2 • 1011
Мідь 1,7 • 10-8 Германій 5,0 • 10-2 Порцеляна 3 • 1012
Сталь 1,2 • 10-7 Селен 102-104 Ебоніт 2 • 1013
Ніхром 1,1 • 10-6 Закис міді 1 • 107 Сірка 3 • 1015
![Page 5: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/5.jpg)
5
Напівпровідники — речовини, питомий опір яких стрімко зменшується з підвищенням температури.
До напівпровідників належать багато хімічних елементів (бор, кремній, германій, фосфор, миш'як, селен, телур та ін.), величезна кількість мінералів, сплавів і хімічних сполук. Майже всі неорганічні речовини навколишнього світу — напівпровідники.
![Page 6: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/6.jpg)
6
2. НОСІЇ ЗАРЯДІВ У НАПІВПРОВІДНИКАХ
За досить низьких температур і відсутності зовнішніх впливів (наприклад, освітлення чи нагрівання) напівпровідники не проводять електричний струм: за цих умов всі електрони в напівпровідниках є зв'язаними.
![Page 7: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Однак зв'язок електронів зі своїми атомами в напівпровідниках не такий міцний, як у діелектриках. І при підвищенні температури, а так само при яскравому освітленні деякі електрони відриваються від своїх атомів і стають вільними зарядами, тобто можуть переміщатися через увесь зразок.
Завдяки цьому в напівпровідниках з'являються негативні носії заряду — вільні електрони.
![Page 8: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронною.
![Page 9: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/9.jpg)
9
Коли електрон відривається від атома, позитивний заряд цього атома стає нескомпенсованим, тобто в цьому місці з'являється зайвий позитивний заряд. Цей позитивний заряд називають «діркою». Атом, поблизу якого утворилася дірка, може відібрати зв‘язаний електрон у сусіднього атома — при цьому дірка переміститься до сусіднього атома, а той атом, у свою чергу, може «передати» дірку далі.
Таке «естафетне» переміщення зв'язаних електронів можна розглядати як переміщення дірок, тобто позитивних зарядів.
![Page 10: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Провідність напівпровідника, обумовлену рухом дірок, називають дірковою.
![Page 11: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Таким чином, відмінність діркової провідності від електронної полягає в тому, що електронна провідність обумовлена переміщенням у напівпровідниках вільних електронів, а діркова — переміщенням зв'язаних електронів.
У чистому напівпровіднику (без домішок) електричний струм створює однакову кількість вільних електронів і дірок. Таку провідність називають власною провідністю напівпровідників.
![Page 12: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/12.jpg)
12
3. ДОМІШКОВА ПРОВІДНІСТЬ НАПІВПРОВІДНИКІВ
Якщо додати в чистий розплавлений кремній невелику кількість миш'яку (приблизно 10-5 %), після затвердіння утворюються звичайні кристалічні решітки кремнію, але в деяких вузлах решіток замість атомів кремнію будуть знаходитися атоми миш'яку.
![Page 13: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Миш'як, як відомо, п'ятивалентний елемент. Чотири валентних електрони утворюють парні електронні зв'язки із сусідніми атомами кремнію. П'ятому ж, валентному, електрону зв'язку не вистачить, при цьому він буде так слабко зв'язаний з атомом миш'яку, що легко стає вільним. У результаті кожен атом домішки дасть один вільний електрон.
![Page 14: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називаються донорними.
Електрони з атомів кремнію можуть ставати вільними, утворити дірку, тому в кристалі можуть одночасно існувати й вільні електрони й дірки. Однак вільних електронів буде значно більше, ніж дірок.
![Page 15: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є електрони, називають напівпровідниками п-типу.
![Page 16: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/16.jpg)
16
Якщо в кремній додати невелику кількість тривалентного індію, то характер провідності напівпровідника зміниться. Оскільки індій має три валентних електрони, то він може встановити ковалентний зв'язок тільки з трьома сусідніми атомами. Для встановлення зв'язку з четвертим атомом електрона не вистачить. Індій «позичить» електрон у сусідніх атомів, у результаті кожен атом індію утворить одне вакантне місце — дірку.
![Page 17: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Домішки, що «захоплюють» електрони атомів кристалічних решіток напівпровідників, називаються акцепторними.
У випадку акцепторної домішки основними носіями заряду при проходженні електричного струму через напівпровідник є дірки.
![Page 18: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/18.jpg)
18
Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є дірки, називають напівпровідниками р-типу.
Практично всі напівпровідники містять і донорні й акцепторні домішки. Тип провідності напівпровідника визначається домішкою з більш високою концентрацією носіїв заряду — електронів і дірок.
![Page 19: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/19.jpg)
19
4. ВИКОРИСТАННЯ НАПІВПРОВІДНИКІВ
Широке використання напівпровідників обумовлене кількома причинами.
По-перше, опір напівпровідників залежить від температури — зі збільшенням температури опір напівпровідників різко зменшується, тому сила струму в колі при цьому збільшується. Залежність опору напівпровідників від температури використовують у терморезисторах (чи термісторах).
![Page 20: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/20.jpg)
20
Термістори використовуються для вимірювання температури, для підтримки постійної температури в автоматичних пристроях.
![Page 21: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/21.jpg)
21
По-друге, опір напівпровідників зменшується у випадку збільшення освітленості. Напівпровідникові прилади, у яких використовується властивість змінювати свій опір залежно від освітленості, називають фоторезисторами. Фоторезистори використовуються для вимірювання освітленості, для контролю якості поверхні тощо.
![Page 22: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/22.jpg)
22
По-третє, у місці контакту двох напівпровідників р- і п-типу спостерігається ряд цікавих явищ.
Наприклад, електричний струм через такий контакт добре проходить в одному напрямку і практично не проходить у зворотному. Це явище називаєтя однобічна провідність. Властивості р-п-переходу використовують для виготовлення напівпровідникових діодів і транзисторів, без яких не обходиться жодний сучасний пристрій; фотоелементів, у яких енергія падаючого світла перетворюється в електричну енергію.
![Page 23: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/23.jpg)
23
1. ЯКІСНІ ПИТАННЯ
Як можна змінювати тип носіїв у напівпровіднику?
Чому вимоги до чистоти напівпровідникових матеріалів дуже високі (у ряді випадків не допускається наявність навіть одного атома домішки на мільйон атомів)?
Після введення в германій домішки миш'яку концентрація електронів провідності збільшилася. Як змінилася при цьому концентрація дірок?
![Page 24: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/24.jpg)
24
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
Напівпровідники — речовини, питомий опір яких дуже швидко зменшується з підвищенням температури.
Провідність напівпровідника, обумовлену рухом електронів, називають електронною.
Провідність напівпровідників, обумовлену рухом дірок, називають дірковою провідністю.
![Page 25: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/25.jpg)
25
ЩО МИ ДІЗНАЛИСЯ НА УРОЦІ
Домішки, атоми яких легко віддають електрони, називаються донорними.
Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є електрони, називають напівпровідниками п-типу.
Домішки, що «захоплюють» електрони атомів кристалічних решіток напівпровідників, називаються акцепторними.
Напівпровідники, у яких основними носіями зарядів є дірки, називають напівпровідниками р-типу.
![Page 26: урок 36. електричний струм у напівпровідниках](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022042701/55b89770bb61eb154d8b45e2/html5/thumbnails/26.jpg)
26
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ
Підручник § 23.Підготуватися до контрольної
роботи.