Полупроводники

Нужды электротехники XIX в. в обеспечении передачи энергии на расстояние потребовали изучения электрической проводимости веществ. Вскоре четко определились два практически важных класса: проводники - металлы, например медь, и изоляторы, диэлектрики - некоторые неметаллы, например фарфор. Ток передается по проводам, которые подвешены во избежание утечки на изоляторах.

Вещества, которые оказались плохими проводниками, но и плохими изоляторами, были названы полупроводниками. Могут ли они представлять ценность для практики, было неясно. И только в 30-40-х годах XX в. наука о полупроводниках и производство полупроводниковых приборов совершили головокружительный скачок.

Развитие квантовой механики и создание электронной теории твердых тел позволили понять различия между металлами, полупроводниками и диэлектриками, объяснить и предсказать особенности поведения полупроводников, найти им важнейшее практическое применение.

Из электронной теории (см. ст. "Электронная структура твердых тел") известно, что в полупроводнике существуют валентная зона и зона проводимости, разделенные запрещенной зоной. Не нужно только представлять себе, что валентная зона и зона проводимости - это две различные зоны в пространстве, что валентная зона расположена где-то в одном месте, а зона проводимости - в другом. И валентная зона и зона проводимости - это зоны энергетические, а не пространственные, каждая из них существует во всем объеме полупроводникового кристалла. Для перехода из валентной зоны в зону проводимости электрону не нужно совершать каких-то путешествий - ему достаточно лишь увеличить свою энергию, например поглотив квант света -фотон.

При нагревании полупроводника в нем все большее и большее количество электронов переходит в зону проводимости и участвует в образовании электрического тока. Значит, полупроводник при нагревании не уменьшает, как металл, а, наоборот, увеличивает свою электропроводность (рис. 1). В этом заключается важный физический признак любого полупроводникового материала.

Рис. 1.

Свойства полупроводников сильно зависят от их состава. Стоит ввести в чистый полупроводник совсем небольшое количество другого химического элемента, как появляется либо избыток электронов - благодаря донорному уровню примеси, либо избыток дырок - благодаря акцепторному уровню примеси.

перейти к началу страницы