Глава 21. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК В ПОЛУПРОВОДНИКАХ

§ 21.1. Сравнение свойств проводников, диэлектриков и полупроводников.

До сравнительно недавнего времени все вещества по их электрическим свойствам разделяли на проводники и диэлектрики. Такое подразделение целесообразно, поскольку эти вещества резко отличаются друг от друга по электропроводности (рис. 21.1).

Для проводников значение удельного сопротивления находится в пределах от до , а для диэлектриков оно изменяется в пределах от до Эти числа показывают, насколько велик интервал значений удельного сопротивления проводников и диэлектриков.

Дальнейшее изучение электропроводности веществ привело к открытию таких материалов, у которых электропроводность оказалась промежуточной между проводниками и диэлектриками (рис.

21.1). Эти вещества назвали полупроводниками.

Рис. 21.1.

К ним в первую очередь относятся элементы IV группы таблицы Менделеева германий и кремний, а также карбид кремния, селен, соединения элементов III группы с элементами V группы и многие другие вещества. Удельное сопротивление полупроводников находится в пределах от до

Заметим, что сопротивление различных веществ, в том числе и полупроводников, зависит от их чистоты. Присутствие в металлических проводниках посторонних примесей мало влияет на концентрацию подвижных носителей зарядов, но сильно изменяет их подвижность. Это объясняется тем, что примеси создают дефекты в кристаллической решетке, которые увеличивают сопротивление металлов электрическому току. Посторонние примеси в металлах, как правило, увеличивают сопротивление последних.

У диэлектриков атомы примесей обычно имеют электроны, которые слабо связаны с атомами. Эти электроны легко отрываются от атомов и переходят в свободное состояние. Таким образом, электропроводность диэлектриков в основном определяется количеством содержащихся в них примесей. Следовательно, примеси в диэлектрике, как правило, уменьшают его сопротивление.

У полупроводников, как и у диэлектриков, примеси значительно уменьшают их сопротивление. Специальным подбором примесей можно изменять сопротивление полупроводников в нужном направлении. Поэтому примесные полупроводники имеют широкое применение в современной технике.

Интересно сравнить зависимость сопротивления различных веществ от температуры. Вспомним, что у металлов сопротивление при нагревании возрастает, а при охлаждении уменьшается и становится равным нулю при сверхпроводимости. Сопротивление диэлектриков при нагревании уменьшается, но остается большим. В диэлектрике для отрыва электронов от атомов нужна большая энергия, поэтому твердые диэлектрики большей частью успевают расплавиться прежде, чем приобретают достаточно большую проводимость.

У полупроводников энергия, необходимая для отрыва электронов от атомов, значительно меньше, чем у диэлектриков. Поэтому при нагревании полупроводников количество подвижных носителей зарядов в них быстро возрастает, и их сопротивление сильно уменьшается. При понижении температуры сопротивление полупроводников возрастает, и при низких температурах их сопротивление так же велико, как и у диэлектриков. Явление сверхпроводимости у полупроводников отсутствует.

Опыт показал, что на сопротивление полупроводников сильно влияет не только температура. Освещение полупроводника значительно уменьшает его сопротивление, так как излучение приносит энергию, достаточную для образования подвижных носителей зарядов в полупроводнике (§ 35.10).

Итак, проводимость полупроводников сильно зависит от температуры и от освещенности. Эти особенности полупроводников имеют важное практическое значение.