Električna struja u poluvodičkim materijalima. Električna struja u poluvodičima. poluvodička dioda. Poluprovodnici
Pročitajte također
Poluprovodnici su supstance koje se rangiraju u smislu električne provodljivosti srednja pozicija između dobri provodnici i dobri izolatori(dielektrici).
Poluprovodnici su takođe hemijski elementi (germanijum Ge, silicijum Si, selen Se, telur Te) i jedinjenja hemijski elementi(PbS, CdS, itd.).
Priroda nosilaca struje u različitim poluvodičima je različita. U nekim od njih, nosioci naboja su joni; u drugima, nosioci naboja su elektroni.
Intrinzična provodljivost poluprovodnika
Postoje dvije vrste unutrašnje provodljivosti u poluvodičima: elektronska provodljivost i provodljivost kroz šupljine u poluvodičima.
1. Elektronska provodljivost poluprovodnika.
Elektronska provodljivost se ostvaruje usmjerenim kretanjem u međuatomskom prostoru slobodnih elektrona koji su napustili valentnu ljusku atoma kao rezultat vanjskih utjecaja.
2. Hole provodljivost poluprovodnika.
Provođenje kroz otvore vrši se usmjerenim kretanjem valentnih elektrona na slobodna mjesta u par-elektronskim vezama - rupama. Valentni elektron neutralnog atoma koji se nalazi u neposrednoj blizini pozitivnog jona (rupa) privlači rupu i skače u nju. U ovom slučaju se umjesto neutralnog atoma formira pozitivan ion (rupa), a umjesto pozitivnog jona (rupa) neutralni atom.
U idealno čistom poluprovodniku bez ikakvih stranih nečistoća, svaki slobodni elektron odgovara formiranju jedne rupe, tj. broj elektrona i rupa uključenih u stvaranje struje je isti.
Provodljivost pri kojoj isti broj nosioci naboja (elektroni i rupe) naziva se intrinzična provodljivost poluprovodnika.
Intrinzična provodljivost poluprovodnika je obično mala, jer je broj slobodnih elektrona mali. Najmanji tragovi nečistoća radikalno mijenjaju svojstva poluprovodnika.
Električna provodljivost poluprovodnika u prisustvu nečistoća
Nečistoće u poluprovodniku su atomi stranih hemijskih elemenata koji se ne nalaze u glavnom poluprovodniku.
Provodljivost nečistoća- ovo je provodljivost poluvodiča, zbog unošenja nečistoća u njihove kristalne rešetke.
U nekim slučajevima, utjecaj nečistoća se očituje u činjenici da "rupa" mehanizam provodljivosti postaje praktički nemoguć, a struja u poluvodiču se odvija uglavnom kretanjem slobodnih elektrona. Takvi poluprovodnici se nazivaju elektronskih poluprovodnika ili poluvodiči n-tipa(od latinske riječi negativus - negativan). Glavni nosioci naboja su elektroni, a ne rupe. Poluprovodnici n-tipa su poluprovodnici sa donorskim nečistoćama.
1. Donatorske nečistoće.
Donatorske nečistoće su one koje lako doniraju elektrone i, posljedično, povećavaju broj slobodnih elektrona. Donorske nečistoće dovode elektrone provodljivosti bez pojave istog broja rupa.
Tipičan primjer donorske nečistoće u tetravalentnom germaniju Ge su petovalentni atomi arsena As.
U drugim slučajevima, kretanje slobodnih elektrona postaje praktično nemoguće, a struja se provodi samo kretanjem rupa. Ovi poluprovodnici se nazivaju poluprovodnici sa rupom ili poluvodiči p-tipa(od latinske riječi positivus - pozitivan). Glavni nosioci naboja su rupe, a ne glavni - elektroni. . Poluprovodnici p-tipa su poluprovodnici sa primesama akceptora.
Akceptorske nečistoće su nečistoće u kojima nema dovoljno elektrona da formiraju normalne veze par-elektron.
Primjer akceptorske nečistoće u germaniju Ge su trovalentni atomi galija Ga
Struja kroz kontakt poluprovodnika p-tipa i n-tipa p-n spoj- ovo je kontaktni sloj dva poluvodiča nečistoća p-tipa i n-tipa; P-n spoj je granica koja razdvaja oblasti sa provodljivošću rupa (p) i elektronskom (n) provodnošću u istom monokristalu.
direktni p-n spoj
Ako je n-poluprovodnik spojen na negativni pol izvora napajanja, a pozitivni pol izvora napajanja spojen na p-poluprovodnik, tada pod djelovanjem električno polje elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodniku će se kretati jedni prema drugima do granice između poluvodiča. Elektroni, prelazeći granicu, "pune" rupe, struju kroz pn spoj provode glavni nosioci naboja. Kao rezultat, povećava se provodljivost cijelog uzorka. Sa takvim direktnim (propusnim) smjerom vanjskog električnog polja, debljina barijerskog sloja i njegov otpor se smanjuju.
U tom pravcu struja prolazi kroz granicu dva poluprovodnika.
  |
Obrnuti pn spoj
Ako je n-poluprovodnik spojen na pozitivni pol izvora napajanja, a p-poluprovodnik na negativni pol izvora napajanja, tada će elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodniku pod dejstvom električnog polja će se kretati od sučelja u suprotnim smjerovima, struju kroz p -n-prijelaz obavljaju manji nosioci naboja. To dovodi do zadebljanja sloja barijere i povećanja njegove otpornosti. Kao rezultat toga, provodljivost uzorka je neznatna, a otpor je velik.
Formira se takozvani sloj barijere. S ovim smjerom vanjskog polja, električna struja praktički ne prolazi kroz kontakt p- i n-poluvodiča.
Dakle, prijelaz elektron-rupa ima jednostrano provođenje.
Zavisnost jačine struje od napona - volt - amper karakteristika p-n prijelaz je prikazan na slici (napon - strujna karakteristika direktne p-n tranzicija prikazano kao puna linija, volt-amperska karakteristika obrnuti p-n prijelaz je prikazan kao isprekidana linija).
poluvodička dioda- za ispravljanje naizmjenična struja, koristi jedan p - n - spoj sa različitim otporima: u smjeru naprijed, otpor p - n - spoja je mnogo manji nego u obrnutom smjeru.
Fotootpornici - za registraciju i mjerenje slabih svjetlosnih tokova. Uz njihovu pomoć odredite kvalitetu površina, kontrolirajte dimenzije proizvoda.
Termistori - za daljinsko mjerenje temperature, požarni alarmi.
U poluvodičima je to usmjereno kretanje rupa i elektrona, na koje utječe električno polje.
Kao rezultat eksperimenata, zapaženo je da električna struja u poluvodičima nije praćena prijenosom materije - oni ne podliježu nikakvom hemijske promene. Dakle, elektroni se mogu smatrati nosiocima struje u poluvodičima.
Može se odrediti sposobnost materijala da u njemu formira električnu struju.Prema ovom pokazatelju provodnici zauzimaju međupoziciju između provodnika i dielektrika. Poluprovodnici su različite vrste minerali, neki metali, metalni sulfidi itd. Električna struja u poluvodičima nastaje zbog koncentracije slobodnih elektrona, koji se mogu kretati u nekom smjeru u tvari. Upoređujući metale i provodnike, može se primijetiti da postoji razlika između uticaj temperature za njihovu provodljivost. Povećanje temperature dovodi do smanjenja U poluvodičima se povećava indeks provodljivosti. Ako se temperatura u poluvodiču poveća, tada će kretanje slobodnih elektrona biti haotičnije. To je zbog povećanja broja sudara. Međutim, u poluvodičima, u poređenju sa metalima, koncentracija slobodnih elektrona značajno raste. Ovi faktori imaju suprotan učinak na provodljivost: što je više sudara, to je niža provodljivost, što je veća koncentracija, to je veća. U metalima ne postoji veza između temperature i koncentracije slobodnih elektrona, tako da se promjenom vodljivosti s povećanjem temperature smanjuje samo mogućnost pravilnog kretanja slobodnih elektrona. Što se tiče poluprovodnika, efekat povećanja koncentracije je veći. Dakle, što se temperatura više povećava, to će biti veća provodljivost.
Postoji veza između kretanja nosilaca naboja i takvog koncepta kao što je električna struja u poluvodičima. Kod poluprovodnika pojavu nosilaca naelektrisanja karakteriše razni faktori, među kojima je posebno važna temperatura i čistoća materijala. Prema čistoći, poluprovodnici se dijele na nečistoće i intrinzične.
Što se tiče unutrašnjeg provodnika, uticaj nečistoća na određenoj temperaturi ne može se smatrati značajnim za njih. Budući da je pojas u poluprovodnicima mali, u intrinzičnom poluprovodniku, kada temperatura dostigne, valentni pojas je potpuno ispunjen elektronima. Ali provodni pojas je potpuno slobodan: u njemu nema električne provodljivosti i funkcionira kao savršen dielektrik. Na drugim temperaturama postoji mogućnost da tokom termičkih fluktuacija određeni elektroni mogu savladati potencijalnu barijeru i naći se u vodljivom pojasu.
Thomsonov efekat
Princip termoelektričnog Thomsonovog efekta: kada se električna struja propušta u poluvodiče duž kojih postoji temperaturni gradijent, osim džulove topline, u njima će se oslobađati ili apsorbirati dodatne količine topline, ovisno o smjeru u kojem struja tokovi.
Nedovoljno ravnomjerno zagrijavanje uzorka koji ima homogenu strukturu utječe na njegova svojstva, zbog čega tvar postaje nehomogena. Dakle, Thomsonov fenomen je specifičan Pelteov fenomen. Jedina razlika je u tome što nije drugačiji hemijski sastav uzorka, već ekscentricitet temperature uzrokuje ovu nehomogenost.
Poluprovodnici zauzimaju srednju poziciju u električnoj provodljivosti (ili otpornosti) između vodiča i dielektrika. Međutim, ova podjela svih supstanci prema svojstvu električne provodljivosti je uslovna, jer se pod utjecajem niza razloga (nečistoće, zračenje, zagrijavanje) električna provodljivost i otpor mnogih supstanci vrlo značajno mijenjaju, posebno kod poluvodiča.
U tom smislu, poluvodiči se razlikuju od metala po nizu karakteristika:
1. Otpornost poluprovodnika u normalnim uslovima je mnogo veća od otpornosti metala;
2. specifični otpor čistih poluprovodnika opada sa porastom temperature (kod metala raste);
3. kada su poluprovodnici osvijetljeni, njihov otpor značajno opada (svjetlost gotovo da nema utjecaja na otpornost metala):
4. Beznačajna količina nečistoća snažno utiče na otpornost poluprovodnika.
Poluprovodnici obuhvataju 12 hemijskih elemenata u srednjem delu periodnog sistema (slika 1) - B, C, Si, P, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, I, jedinjenja elemenata treće grupe sa elementima pete grupe, mnogim oksidima i sulfidima metala, nizom drugih hemijska jedinjenja, neki organska materija. Germanij Ge i silicijum Si imaju najveću primjenu u nauci i tehnologiji.
Poluprovodnici mogu biti čisti ili dopirani. Shodno tome, razlikuju se intrinzična i nečistoća provodljivost poluprovodnika. Nečistoće se, pak, dijele na donore i akceptore.
Vlastita električna provodljivost
Da bismo razumjeli mehanizam električne provodljivosti u poluvodičima, razmotrimo strukturu poluvodičkih kristala i prirodu veza koje drže atome kristala jedan blizu drugog. Kristali germanijuma i drugih poluprovodnika imaju atomsku kristalnu rešetku (slika 2).
Ravni dijagram strukture germanijuma prikazan je na slici 3.
Germanij je četverovalentni element, u vanjskom omotaču atoma nalaze se četiri elektrona koji su slabije povezani s jezgrom od ostalih. Broj najbližih suseda svakog atoma germanijuma je takođe 4. Četiri valentna elektrona svakog atoma germanijuma povezana su sa istim elektronima susednih atoma pomoću hemijskog para elektrona ( kovalentna) veze. U formiranju ove veze iz svakog atoma učestvuje po jedan valentni elektron koji se odvoji od atoma (kolektivizirani kristalom) i tokom svog kretanja većinu vremena provode u prostoru između susjednih atoma. Njihov negativni naboj drži pozitivne ione germanija jedan blizu drugog. Ova vrsta veze se uslovno može opisati sa dve linije koje povezuju jezgra (vidi sliku 3).
Ali putujući par elektrona pripada više od dva atoma. Svaki atom formira četiri veze sa svojim susjedima, a dati valentni elektron može se kretati duž bilo koje od njih (slika 4). Došavši do susjednog atoma, može prijeći na sljedeći, a zatim dalje duž cijelog kristala. Kolektivizirani valentni elektroni pripadaju cijelom kristalu.
Kovalentne veze germanijuma su prilično jake i niske temperature ne slomiti. Stoga germanij ne provodi struju na niskim temperaturama. Valentni elektroni koji učestvuju u vezivanju atoma čvrsto su vezani za kristalnu rešetku, a vanjsko električno polje nema primjetan utjecaj na njihovo kretanje. Silicijumski kristal ima sličnu strukturu.
Električna provodljivost hemijski čistog poluprovodnika je moguća kada su kovalentne veze u kristalima prekinute i kada se pojave slobodni elektroni.
Dodatna energija koja se mora potrošiti da se prekine kovalentna veza i oslobodi elektron naziva se aktivaciona energija.
Elektroni mogu dobiti ovu energiju zagrijavanjem kristala, zračenjem ga visokom frekvencijom elektromagnetnih talasa itd.
Čim elektron, nakon što je stekao potrebnu energiju, napusti lokaliziranu vezu, na njemu se formira prazno mjesto. Ovo prazno mjesto može se lako popuniti elektronom iz susjedne veze, na kojoj se, dakle, i formira praznina. Dakle, zbog kretanja veznih elektrona, prazna mjesta se kreću kroz kristal. Ovo prazno mjesto ponaša se na potpuno isti način kao i slobodni elektron - slobodno se kreće kroz masu poluvodiča. Štoviše, imajući u vidu da su i poluvodič u cjelini i svaki od njegovih atoma električno neutralni s neprekinutim kovalentnim vezama, možemo reći da je elektron koji napušta vezu i stvaranje praznine zapravo ekvivalentno pojavi viška pozitivnog naboja na ovu vezu. Stoga se rezultirajuća praznina formalno može smatrati nosiocem pozitivnog naboja, što se naziva rupa(Sl. 5).
Dakle, odlazak elektrona iz lokalizirane veze stvara par slobodnih nosilaca naboja - elektron i rupu. Njihova koncentracija u čistom poluprovodniku je ista. At sobnoj temperaturi koncentracija slobodnih nosača u čistim poluvodičima je niska, oko 10 9 ÷ 10 10 puta manja od koncentracije atoma, ali brzo raste s porastom temperature.
- Uporedite s metalima: tamo je koncentracija slobodnih elektrona približno jednaka koncentraciji atoma.
U odsustvu vanjskog električnog polja, ovi slobodni elektroni i rupe nasumično se kreću u poluvodičkom kristalu.
U spoljašnjem električno polje elektroni se kreću u smjeru suprotnom od smjera električnog polja. Pozitivne rupe se kreću u pravcu jačine električnog polja (slika 6). Proces kretanja elektrona i rupa u vanjskom polju odvija se u cijelom volumenu poluvodiča.
Ukupna električna provodljivost poluprovodnika je zbir provodljivosti rupa i elektrona. U ovom slučaju, u čistim poluvodičima, broj provodnih elektrona uvijek je jednak broju rupa. Stoga se kaže da imaju čisti poluprovodnici provodljivost elektron-rupa, ili vlastitu provodljivost.
S porastom temperature raste broj prekida kovalentnih veza i povećava se broj slobodnih elektrona i rupa u kristalima čistih poluvodiča, a posljedično se povećava električna vodljivost i smanjuje otpornost čistih poluvodiča. Grafikon zavisnosti otpornosti čistog poluprovodnika od temperature prikazan je na sl. 7.
Osim zagrijavanja, prekid kovalentnih veza i, kao rezultat toga, pojava intrinzične provodljivosti poluvodiča i smanjenje otpora može biti uzrokovano osvjetljenjem (fotoprovodljivost poluvodiča), kao i djelovanjem jakih električnih polja. .
Nečistoća provodljivosti poluprovodnika
Vodljivost poluprovodnika raste sa unošenjem nečistoća, kada se uz intrinzičnu provodljivost javlja i dodatna provodljivost nečistoća.
provodljivost nečistoća poluprovodnici se nazivaju provodljivost, zbog prisustva nečistoća u poluprovodniku.
Centri nečistoća mogu biti:
1. atomi ili joni hemijskih elemenata ugrađeni u poluvodičku rešetku;
2. višak atoma ili jona ugrađenih u međuprostoru rešetke;
3. razni drugi defekti i izobličenja u kristalnoj rešetki: prazni čvorovi, pukotine, pomaci koji nastaju prilikom deformacija kristala itd.
Promjenom koncentracije nečistoća može se značajno povećati broj nosilaca naboja jednog ili drugog predznaka i stvoriti poluvodiči s dominantnom koncentracijom negativno ili pozitivno nabijenih nosača.
Nečistoće se mogu podijeliti na donor (donator) i akceptor (primalac).
Nečistoća donora
- Od latinskog "donare" - dati, donirati.
Razmotrimo mehanizam električne provodljivosti poluprovodnika s donorskom petovalentnom primjesom arsena As, koja se unosi u kristal, na primjer, silicijum. Petovalentni atom arsena donira četiri valentna elektrona za formiranje kovalentnih veza, a peti elektron je nezauzet u ovim vezama (slika 8).
Energija odvajanja (energija jonizacije) petog valentnog elektrona arsena u silicijumu je 0,05 eV = 0,08⋅10 -19 J, što je 20 puta manje od energije odvajanja elektrona od atoma silicijuma. Stoga, već na sobnoj temperaturi, gotovo svi atomi arsena gube jedan od svojih elektrona i postaju pozitivni ioni. Pozitivni joni arsena ne mogu uhvatiti elektrone susjednih atoma, jer su sve četiri njihove veze već opremljene elektronima. U ovom slučaju ne dolazi do pomicanja elektronskog vakansa - "rupe" i provodljivost rupe je vrlo niska, tj. praktično odsutan.
Donatorske nečistoće- to su nečistoće koje lako doniraju elektrone i, posljedično, povećavaju broj slobodnih elektrona. U prisustvu električnog polja, slobodni elektroni dolaze u uređeno kretanje u poluvodičkom kristalu i u njemu nastaje elektronska nečistoća. Kao rezultat, dobijamo poluprovodnik sa pretežno elektronskom provodljivošću, nazvan poluprovodnik n-tipa. (Od latinskog negativus - negativan).
Pošto je broj elektrona u poluprovodniku n-tipa mnogo veći od broja rupa, elektroni su većinski nosioci naboja, a rupe sporedni.
Nečistoća akceptora
- Od latinskog "acceptor" - prijemnik.
U slučaju akceptorske nečistoće, na primjer, trovalentnog indija In, atom nečistoće može dati svoja tri elektrona za kovalentno povezivanje sa samo tri susjedna atoma silicija, a jedan elektron „nedostaje“ (slika 9). Jedan od elektrona susjednih atoma silicija može ispuniti ovu vezu, tada će atom In postati nepomičan negativni ion, a na mjestu elektrona koji je napustio jedan od atoma silicija stvorit će se rupa. Akceptorske nečistoće, hvatajući elektrone i na taj način stvarajući pokretne rupe, ne povećavaju broj provodnih elektrona. Glavni nosioci naelektrisanja u poluprovodniku sa primesom akceptora su rupe, a manjinski nosioci su elektroni.
Akceptorske nečistoće su nečistoće koje obezbjeđuju provodljivost rupa.
Poluvodiči u kojima koncentracija rupa prelazi koncentraciju elektrona provodljivosti nazivaju se poluvodiči p-tipa (od latinskog positivus - pozitivan.).
Treba napomenuti da unošenje nečistoća u poluvodiče, kao iu bilo koji metal, narušava strukturu kristalne rešetke i ometa kretanje elektrona. Međutim, otpor se ne povećava zbog činjenice da povećanje koncentracije nosilaca naboja značajno smanjuje otpor. Dakle, uvođenjem nečistoće bora u količini od 1 atom na sto hiljada atoma silicijuma smanjuje se specifično električni otpor silicijum za oko hiljadu puta, a primesa jednog atoma indija na 10 8 - 10 9 atoma germanijuma smanjuje električnu otpornost germanijuma za milione puta.
Ako se i donorske i akceptorske nečistoće istovremeno unose u poluvodič, tada je priroda provodljivosti poluvodiča (n- ili p-tip) određena nečistoćom s višom koncentracijom nosioca naboja.
Prijelaz elektron-rupa
Prijelaz elektron-rupa (skraćeno p-n-spoj) događa se u poluvodičkom kristalu koji istovremeno ima regije s provodljivostima n-tipa (sadrži donorske nečistoće) i p-tipa (sa akceptorskim nečistoćama) na granici između ovih regija.
Pretpostavimo da imamo kristal u kojem se sa leve strane nalazi poluprovodnička oblast sa rupom (p-tip), a sa desne strane - sa elektronskom (n-tip) provodljivosti (slika 10). Hvala za termičko kretanje kada se formira kontakt, elektroni iz n-tipa poluprovodnika će difundirati u područje p-tipa. U ovom slučaju, nekompenzirani pozitivni donorski jon će ostati u području n-tipa. Prešavši u područje sa provodljivošću rupa, elektron se vrlo brzo rekombinuje sa rupom i formira se nekompenzirani akceptorski jon u području p-tipa.
Poput elektrona, rupe iz p-tipa regije difundiraju u elektronsko područje, ostavljajući nekompenzirani negativno nabijeni akceptorski jon u području rupa. Prelaskom u elektronsko područje, rupa se rekombinuje sa elektronom. Kao rezultat, u elektronskom području se formira nekompenzirani pozitivni donorski jon.
Kao rezultat difuzije, na granici između ovih područja nastaje dvostruki električni sloj suprotno nabijenih jona, debljine l koji ne prelazi frakcije mikrometra.
Između slojeva jona sa jačinom nastaje električno polje Ei. Električno polje spoja elektron-rupa (p-n-spoj) sprječava daljnji prijelaz elektrona i rupa kroz međuprostor između dva poluvodiča. Blokirajući sloj ima povećanu otpornost u odnosu na ostale zapremine poluprovodnika.
Eksterno električno polje sa intenzitetom E utiče na otpor blokirajućeg električnog polja. Ako je n-poluprovodnik spojen na negativni pol izvora, a plus izvora spojen na p-poluprovodnik, tada pod dejstvom električnog polja elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodnici će se kretati jedan prema drugom do sučelja poluprovodnika (slika 11). Elektroni, prelazeći granicu, "pune" rupe. Sa takvim direktnim smjerom vanjskog električnog polja, debljina sloja barijere i njegov otpor kontinuirano se smanjuju. U tom smjeru električna struja prolazi kroz p-n spoj.
Razmatrani smjer p-n-spoja se naziva direktno. Zavisnost struje od napona, tj. volt-amper karakteristike direktan prelaz, prikazan na sl. 12 kao puna linija.
Ako je n-poluprovodnik spojen na pozitivni pol izvora, a p-poluprovodnik na negativni, tada će se elektroni u n-poluprovodniku i rupe u p-poluprovodniku pod dejstvom električnog polja kretati od interfejsa u suprotnim smerovima (slika 13). To dovodi do zadebljanja sloja barijere i povećanja njegove otpornosti. Smjer vanjskog električnog polja koji širi sloj barijere naziva se zaključavanje (obrnuto). Sa ovim smjerom vanjskog polja, električna struja glavnih nosilaca naboja ne prolazi kroz kontakt dva p- i p-poluprovodnika.
Struja kroz p-n spoj je sada zbog elektrona koji se nalaze u poluvodiču p-tipa i rupa iz n-tipa poluvodiča. Ali postoji vrlo malo manjinskih nosilaca naboja, pa se provodljivost prijelaza ispostavi da je neznatna, a njegov otpor je velik. Razmatrani smjer p-n-spoja se naziva obrnuto, njegova strujno-naponska karakteristika je prikazana na sl. 12 isprekidana linija.
Imajte na umu da se trenutna skala mjerenja za prijelaz naprijed i nazad razlikuje hiljadu puta.
Imajte na umu da pri određenom naponu primijenjenom u suprotnom smjeru postoji slom(tj. uništenje) p-n spoja.
Poluprovodnici
Termistori
Električni otpor poluvodiča u velikoj mjeri ovisi o temperaturi. Ovo svojstvo se koristi za mjerenje temperature jačinom struje u kolu sa poluvodičem. Takvi uređaji se nazivaju termistori ili termistori. Poluprovodnička tvar je smještena u metal zaštitna futrola, u kojem se nalaze izolirani vodovi za uključivanje termistora u električni krug.
Promjena otpora termistora pri zagrijavanju ili hlađenju omogućava im da se koriste u instrumentima za mjerenje temperature za održavanje konstantne temperature u automatski uređaji- u zatvorenim termostatskim komorama, za dojavu požara i sl. Termistori postoje za mjerenje oba vrlo visokih ( T≈ 1300 K) i vrlo niska ( T≈ 4 - 80 K) temperature.
Šematski prikaz (slika a) i fotografija (sl. b) termistora prikazani su na slici 14.
Rice. četrnaest Fotootpornici
Električna provodljivost poluprovodnika se povećava ne samo kada se zagreju, već i kada su osvetljeni. Električna provodljivost se povećava zbog kidanja veza i stvaranja slobodnih elektrona i rupa zbog energije svjetlosti koja pada na poluvodič.
Uređaji koji uzimaju u obzir ovisnost električne provodljivosti poluvodiča od osvjetljenja nazivaju se fotootpornici.
Materijali za proizvodnju fotootpornika su spojevi kao što su CdS, CdSe, PbS i niz drugih.
Mala veličina i visoka osjetljivost fotootpornika omogućavaju njihovu upotrebu za snimanje i mjerenje slabih svjetlosnih tokova. Uz pomoć fotootpornika utvrđuje se kvaliteta površina, kontroliraju dimenzije proizvoda itd.
Šematski prikaz (slika a) i fotografija (slika b) fotootpornika prikazani su na slici 15.
Rice. petnaest poluvodička dioda
Sposobnost p-n spoja da propušta struju u jednom smjeru koristi se u poluvodičkim uređajima tzv. diode.
Poluprovodničke diode izrađuju se od germanija, silicijuma, selena i drugih supstanci.
Spriječiti štetnih efekata zraka i svjetlosti, u hermetiku se stavlja kristal germanija metalno telo. Poluvodičke diode su glavni elementi AC ispravljača (tačnije, služe za pretvaranje AC u pulsirajuću istosmjernu struju.)
Šematski prikaz (slika a) i fotografija (sl. b) poluvodičke diode prikazani su na slici 16.
Rice. šesnaest LED diode
Dioda koja emituje svetlost ili dioda koja emituje svjetlost- poluvodički uređaj s p-n spojem koji stvara optičko zračenje kada se kroz njega propušta električna struja.
Emitovana svjetlost leži u uskom rasponu spektra, njene spektralne karakteristike zavise, između ostalog, od hemijski sastav poluprovodnici koji se koriste u njemu.
Književnost
- Aksenovich L. A. Fizika u srednja škola: Theory. Zadaci. Testovi: Proc. dodatak za institucije koje pružaju op. sredine, obrazovanje / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 300-308.
- Burov L.I., Strelchenya V.M. Fizika od A do Ž: za studente, kandidate, nastavnike. - Minsk: Paradox, 2000. - S. 219-228.
- Myakishev G. Ya. Physics: Electrodynamics. 10 - 11 ćelija: udžbenik za dubinsko proučavanje fizike / G.Ya. Myakishev, A.Z. Sinyakov, B.A. Slobodskov. - M.: Drfa, 2005. - S. 309-320.
- Yavorsky BM, Seleznev Yu. A. Referentni vodič za fiziku za one koji ulaze na univerzitete i samoobrazovanje. - M.: Nauka, 1984. - S. 165-169.
Lekcija br. 41-169 Električna struja u poluprovodnicima. poluvodička dioda. Poluprovodnički uređaji.
Poluprovodnik je tvar čija otpornost može varirati u širokom rasponu i vrlo brzo opada s povećanjem temperature, što znači da se električna provodljivost povećava. Uočava se u silicijumu, germanijumu, selenu i u nekim jedinjenjima. Mehanizam provodljivosti u poluprovodnicima
Poluvodički kristali imaju atomsku kristalnu rešetku, gdje su vanjski elektroni vezani za susjedne atome kovalentnim vezama. Na niskim temperaturama, čisti poluvodiči nemaju slobodne elektrone i ponašaju se kao dielektrik. Ako je poluvodič čist (bez nečistoća), onda ima svoju provodljivost (malu). Postoje dvije vrste unutrašnje provodljivosti: 1) elektronska (provodljivost " P"-tip) Na niskim temperaturama u poluprovodnicima, svi elektroni su povezani s jezgrama i otpor je velik; Kako temperatura raste, kinetička energija čestica raste, veze pucaju i pojavljuju se slobodni elektroni - otpor se smanjuje. Slobodni elektroni se kreću suprotno na vektor jakosti električnog polja. Elektronska provodljivost poluprovodnika je posljedica prisustva slobodnih elektrona. 2) rupa (vodljivost "p"-tipa). Kako temperatura raste, kovalentne veze koje izvode valentni elektroni između atoma se uništavaju i formiraju se mesta sa nedostajućim elektronom - "rupa". Njeno mesto se može zameniti valentnim elektronima. Kretanje "rupe" je ekvivalentno kretanju pozitivnog naboja. Kretanje rupe se dešava u pravcu vektor jakosti električnog polja. Puknuće kovalentnih veza i pojava intrinzične provodljivosti poluprovodnika može biti uzrokovana zagrijavanjem, osvjetljenjem m (fotoprovodljivost) i djelovanje jakih električnih polja. 
R(t) zavisnost: termistor
- daljinsko mjerenje t; - požarni alarm
1) donorske nečistoće (donatorstvo) - su dodatne dobavljači elektrona poluvodičkim kristalima, lako doniraju elektrone i povećavaju broj slobodnih elektrona u poluvodiču. Ovo su provodnici n "- tip, odnosno poluprovodnici sa donorskim primesama, gde su glavni nosioci naelektrisanja elektroni, a manji naboj su rupe. Takav poluprovodnik ima elektronsku provodljivost primesa (primer je arsen). 2
) akceptorske nečistoće (primanje) stvaraju "rupe", uzimajući elektrone u sebe. To su poluprovodnici "p" tipa, tj. poluprovodnici sa primesama akceptora, gde je glavni nosilac naboja rupe, a manjina - elektroni. Takav poluprovodnik ima provodljivost nečistoća rupa (primjer je indijum). Električna svojstva "p-
n"tranzicije."p-n" tranzicija (ili tranzicija elektron-rupa) - kontaktna površina dva poluvodiča, gdje se provodljivost mijenja od elektronske do rupe (ili obrnuto). AT 
Moguće je stvoriti takve regije u poluvodičkom kristalu unošenjem nečistoća. U kontaktnoj zoni dva poluprovodnika različite provodljivosti, doći će do međusobne difuzije elektrona i rupa i formiraće se blokirajuća barijera. električni sloj. Električno polje barijernog sloja sprečavadalji prelaz elektrona i rupa kroz granicu. Sloj barijere ima povećanu otpornost u odnosu na druge oblasti poluprovodnika. AT 
Eksterno električno polje utiče na otpor sloja barijere. U direktnom (transmisionom) smjeru vanjskog električnog polja, struja prolazi kroz granicu dva poluvodiča. Jer elektroni i rupe se kreću jedni prema drugima do sučelja, zatim elektroni, prelazeći granicu, ispunite rupe. Debljina barijernog sloja i njegov otpor se kontinuirano smanjuju.P 
Uz blokiranje (obrnuti smjer vanjskog električnog polja), struja neće proći kroz kontaktnu površinu dva poluvodiča. Jer elektroni i rupe se kreću od granice u suprotnim smjerovima, zatim sloj koji blokira zgušnjava, povećava mu se otpor. Dakle, prijelaz elektron-rupa ima jednostrano provođenje.
poluvodička dioda- poluprovodnik sa jednim "rn" spojem.P 
Poluvodičke diode su glavni elementi AC ispravljača.
Kada se primjenjuje električno polje: u jednom smjeru otpor poluvodiča je visok, u suprotnom smjeru otpor je nizak.
Tranzistori.(od engleske riječi prijenos - prijenos, otpornik - otpor) Razmotrimo jednu od vrsta tranzistora napravljenih od germanija ili silicijuma u koje su unesene donorske i akceptorske nečistoće. Raspodjela nečistoća je takva da se između dva poluvodička sloja p-tipa stvara vrlo tanak (reda nekoliko mikrometara) poluvodički sloj n-tipa (vidi sliku). 
Ovaj tanki sloj se zove osnovu ili baza. Kristal ima dva R-n-spojnice, čiji su direktni pravci suprotni. Tri igle iz oblasti sa razne vrste vodljivost vam omogućava da uključite tranzistor u krug prikazan na slici. Sa ovim uključivanjem, lijevo R-n-skok je direktno i odvaja bazu od regiona p-tipa tzv emiter. Da nije bilo prava R-n-spoj, u krugu emiter-baza bi postojala struja u zavisnosti od napona izvora (baterije B1 i izvor naizmjeničnog napona) i otpor kola, uključujući niski otpor direktnog spoja emiter-baza. Baterija B2 uključen tako da desno R-n-spoj u kolu (vidi sliku) je obrnuto. Odvaja bazu od desnog regiona p-tipa tzv kolektora. Da nije ostalo R-n-spoj, struja u kolu kolektora bi bila blizu nule, jer je otpor obrnutog spoja vrlo visok. U prisustvu struje u lijevom R-n-spojna struja se također pojavljuje u kolu kolektora, a struja u kolektoru je tek nešto manja od struje u emiteru (ako se na emiter dovede negativan napon, onda se lijevo R-n-spoj će biti obrnut i praktično neće biti struje u krugu emitera i u kolu kolektora). Kada se između emitera i baze stvori napon, glavni nosioci poluvodiča p-tipa - rupe prodiru u bazu, gdje su već sporedni nosioci. Kako je debljina baze vrlo mala i broj većinskih nosilaca (elektrona) u njoj mali, rupe koje su u nju upale teško se spajaju (ne rekombinuju) sa baznim elektronima i difuzijom prodiru u kolektor. U redu R-n-spoj je zatvoren za glavne nosioce naboja baze - elektrone, ali ne i za rupe. U kolektoru, rupe se odnose električnim poljem i zatvaraju krug. Snaga grananja struje u emitersko kolo od baze je vrlo mala, pošto je površina poprečnog presjeka baze u horizontalnoj (vidi sliku iznad) mnogo manja od površine poprečnog presjeka u vertikalnoj ravni.
Struja u kolektoru, koja je skoro jednaka struji u emiteru, mijenja se zajedno sa strujom u emiteru. Otpor otpornika R ima mali uticaj na struju u kolektoru, a ovaj otpor se može učiniti dovoljno velikim. Kontrolom struje emitera pomoću izvora izmjeničnog napona uključenog u njegovo kolo, dobijamo sinhronu promjenu napona na otporniku R .
Uz veliki otpor otpornika, promjena napona na njemu može biti desetine hiljada puta veća od promjene napona signala u krugu emitera. To znači povećan napon. Dakle, na opterećenju R moguće je dobiti električne signale čija je snaga višestruko veća od snage koja ulazi u emitersko kolo.
Primjena tranzistora Svojstva R-n-spojevi u poluvodičima se koriste za pojačavanje i stvaranje električnih oscilacija.
3
Poluprovodnici su materijali koji su, u normalnim uslovima, izolatori, ali sa porastom temperature postaju provodnici. To jest, u poluvodičima, kako temperatura raste, otpor se smanjuje.
Struktura poluprovodnika na primjeru silicijumskog kristala
Razmotrite strukturu poluvodiča i glavne vrste vodljivosti u njima. Kao primjer, uzmite silikonski kristal.
Silicijum je četvorovalentni element. Stoga se u njegovoj vanjskoj ljusci nalaze četiri elektrona koji su slabo vezani za jezgro atoma. Svaki od njih ima još četiri atoma u svom susjedstvu.
Atomi međusobno djeluju i formiraju kovalentne veze. U takvoj vezi učestvuje po jedan elektron iz svakog atoma. Dijagram silikonskog uređaja prikazan je na sljedećoj slici.
slika
Kovalentne veze su dovoljno jake i ne pucaju na niskim temperaturama. Dakle, u silicijumu nema slobodnih nosača naboja, a on je dielektrik na niskim temperaturama. Postoje dvije vrste provodljivosti u poluvodičima: elektronska i rupa.
Elektronska provodljivost
Kada se silicijum zagreje, dodaće mu se dodatna energija. Kinetička energijačestice se povećavaju i neke kovalentne veze su prekinute. Ovo stvara slobodne elektrone.
U električnom polju ovi elektroni se kreću između čvorova kristalne rešetke. U tom slučaju u silicijumu će se stvoriti električna struja.
Budući da su slobodni elektroni glavni nosioci naboja, ova vrsta provođenja naziva se elektronsko provođenje. Broj slobodnih elektrona zavisi od temperature. Što više zagrijavamo silicijum, više će se kovalentnih veza prekinuti, a samim tim i više slobodnih elektrona. To dovodi do smanjenja otpora. I silicijum postaje provodnik.
provodljivost rupa
Kada je kovalentna veza prekinuta, umjesto izbačenog elektrona, a upražnjeno mjesto, koji može biti zauzet drugim elektronom. Ovo mjesto se zove rupa. Rupa ima višak pozitivnog naboja.
Položaj rupe u kristalu se stalno mijenja, bilo koji elektron može zauzeti ovu poziciju, a rupa će se pomjeriti tamo odakle je elektron skočio. Ako nema električnog polja, onda je kretanje rupa nasumično, pa stoga nema struje.
Ako je prisutan, postoji red u kretanju rupa, a pored struje koja se stvara slobodnih elektrona, još uvijek postoji struja koju stvaraju rupe. Rupe će se kretati u smjeru suprotnom od elektrona.
Dakle, u poluprovodnicima, provodljivost je elektron-rupa. Struju stvaraju i elektroni i rupe. Ova vrsta provodljivosti naziva se i intrinzična provodljivost, jer su uključeni elementi samo jednog atoma.