Главная  Основной закон электрики 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [ 7 ] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28]

взаимодействия. Эти междуатомные силы действуют главным образом на внешние электроны, заставляя их двигаться по новым орбитам, охватывающим оба атома. Так создается химическая связь и образуются молекулы.

Для твердых тел, в том числе металлов и полупроводников, характерно кристаллическое строение, т. е. закономерное и упорядоченное расположение частиц в прострам-стве. Атомы твердого тела располагаются симметрично друг относительно друга, образуя кристаллическую решетку.

Основной отличительной чертой атомов металла является то, что электроны, находящиеся на внешних орбитах, связаны с ядром атома очень слабо и могут легко оторваться от своего атома. При потере электронов атом в целом оказывается Заряженным положительно. В то же время другие атомы, захватившие лишние электроны, становятся отрицательно заряженными. Процесс потери или присоединения электронов к атому называется ионизацией, а заряженные атомы - положительными или отрицательными ионами. Процесс ионизации атомов может происходить от различных причин. Атомы могут ионизироваться под влиянием очень высокой температуры, под воздействием ультрафиолетовых лучей и других причин.

В первом приближении кристаллы металлов можно представить себе в виде электронного «облака», в котором на определенном расстоянии расположены положительные ионы. Внешние электроны, оторвавшиеся от своих атомов, хаотически перемещаются внутри электронного «облака» (между узлами кристаллической решетки). Эти электроны и обусловливают электрическую проводимость металла. Они являются носителями электрического заряда (тока) и поэтому их часто называют электронами проводимости. Общее число электронов проводимости в металле велико (Ю электронов ""в 1 см}, чем и обусловлена хорошая электрическая проводимость металлов.

Увеличение сопротивления металлов электрическому току при повышении температуры является следствием учащающихся столкновений электронов проводимости с узлами кристаллической решетки (ионами) металла и уменьшения скорости их движения в направлении переноса электрических зарядов. Необходимо заметить, что повышение температуры металла не изменяет общего числа электронов проводимости, так как все внешние электроны, находившиеся на наружных орбитах, оторвались от своих атомов и свободно перемещаются в промежутках между узлами кристал-24



гкой решетки уже при весьма низких температурах. Для личес iK дополнительного числа свободных электронов """надо вырывать из внутренних орбит, а для этого необхо-ма температура, как правило, более высокая, чем темпе-патура плавления металла.

Если в криехаллическую решетку металла попадают ато-посторонней примеси то они вносят в решетку новые неоднородности в дополнение к тем, которые вызываются тепловыми колебаниями атомов решетки. Лоэтому примеси, как правило, увеличивают электрическое сопротивление ме- " таллов.

Изоляторы и полупроводники отличаются от металлов тем что внешние электроны атомов кристалла прочно связаны с ядром своего атома и не могут так легко отрываться вт них. Число «свободных» электронов в подобном кристалле мало. Под воздействием нагревания кристалла или других ионизирующих факторов внешние электроны, увеличивая свою энергию, могут оторваться от своих атомов и стать электронами проводимости. При повышении температуры здесь, как и в металлах, учащаются столкновения электронов с узлами кристаллической решетки. Однако, эффект увеличения числа электронов проводимости с повышением температуры превосходит действие увеличивающихся столкновений электронов с узлами решетки. Поэтому с повышением температуры электрическое сопротивление полупровод- пиков уменьшается.

Примеси в полупроводнике, так] же как и в металле, нарушают электрическое равновесие кристаллической решетки и увеличивают электрическое сопротивление, так как при этом число столкновений электронов проводимости с узлами решетки увеличивается. Но действие примесей в полупроводнике этим не ограничивается. Некоторые примеси имеют атомы, у юэторых электроны наружных орбит слабо связаны с ядром. Эти электроны, перемещаясь между узлами кристаллической решетки полупроводника, смогут принять участие в переносе электрических зарядов. Таким образом, в рассматриваемом случае примесь вносит в решетку дополнительные электроны проводимости, уменьшая тем самым удельное сопротивление кристалла. В этом случае осуществляется электронная проводимость, которую часто называют проводимостью типа п.

Примеси, другого рода оказывают другое влияние на электрическую проводимость кристалла. Каждый из внесенных в кристаллическую решетку атомов такой примеси мо-



жет принять на свою внешнюю орбиту один или несколько свободных электронов. Присутствие подобных атомов в кристаллической решетке значительно облегчает отрыв электронов от наружной орбиты основных атомов кристалла. Оторвавшиеся электроны захватываются атомами примеси и закрепляются там. Атом решетки, с наружной орбиты которого ушел электрон, может «притянуть» на его место электрон с соседнего атома и т. д.

Таким образом, место, где имеется недостаток электро- , на, так называемая «электронная дырка», непрерывно и беспорядочно перемещается по всей кристаллической решетке от одного атома к другому. Если такой кристалл поместить во внешнее электрическое поле, то движение электронных дырок будет упорядочено и обусловит протекание тока. Так как электронные дырки обладают положительным зарядом то они будут двигаться в направлении, противоположном движению электронов. Электрическая проводимость такого рода носит название дырочной проводимости или проводимости типа р. В том случае, когда в кристалле одновременно присутствуют примеси двух родов, проводимость будет обусловлена теми и другими носителями тока, т. е. свободными электронами и электронными дырками.

В качестве технически важных избыточных полупроводников типа п применяются ZnO, WO3, РеОз, ТЮг, иОг, германий « кремний с содержанием следов сурьмы, мышьяка или фосфора. Технически важными полупроводниками типа р являются СиО, .СгО, U1O2, германий и кремний с примесями бора или алюминия. В зависимости от обработки одного и того же исходного материала и используемых примесей можно получить полупроводники с проводимостью того или иного типа.

Современные полупроводниковые диоды представляют собой два вида контактных соединений: полупроводник с металлом или два полупроводника с проводимостя ми типов п-и р. К диодам первого вида относятся меднозакисные и се- леновые диоды, а также германиевые и кремниевые диоды с точечным контактом. Контакт между полупроводниками двух типов используется в так называемых плоскостных германиевых и кремниевых диодах. • -,

Наиболее широкое применение в настоящее время нашли германиевые диоды.

Согласно современной теории электрическая проводимость в контактной паре металл - полупроводник может быть упрощенно представлена в следующем виде. Если под



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [ 7 ] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28]

0.0008