Как известно, на свете существует два вида веществ - проводники и изоляторы.
Сопротивление проводников близко к нулю, а изоляторов - к бесконечности. Но резкой
грани между этими двумя видами веществ нет, поэтому существуют также вещества, которые уже не проводники, но еще и не изоляторы (или наоборот), и их сопротивление находится где-то посередине между сопротивлениями проводников и изоляторов.
Это "полупроводниковое" состояние вещества крайне неустойчиво, и под воздействием внешних факторов (ничтожные концентрации примесей - один атом примеси на миллиард атомов полупроводника; приложенное к полупроводнику электрическое напряжение; воздействие света, температуры) полупроводник легко переходит в проводник, в изолятор и обратно в полупроводник. Благодаря тому, что на сопротивление полупроводника оказывает влияние, в том числе и электрическое напряжение, стало возможным усиливать и преобразовывать электрические сигналы.
Полупроводниковый материал после получения должен быть модифицирован, чтобы он приобрел качества, необходимые для полупроводниковых устройств.
На рис. 2.1 показана упрощенная схема атома кремния, на которой изображено только четыре электрона на валентной оболочке.
Валентность - это показатель способности атома присоединять или отдавать электроны, она определяет электрические и химические свойства атома.
Материалы, которым необходимы электроны для заполнения их валентной оболочки, являются нестабильными и относятся к активным материалам. Для приобретения стабильности, активные материалы должны добавить электроны в свои валентные оболочки. Атомы кремния способны объединить свои валентные электроны с другими атомами кремния с помощью процесса, который называется ковалентной связью (рис. 2.2). Ковалентная связь
- это процесс совместного использования валентных электронов различными атомами, приводящий к образованию кристалла. Каждый атом в такой кристаллической структуре имеет четыре своих собственных электрона и четыре совместно используемых электрона от четырех других атомов, а всего - восемь валентных электронов. Ковалентная связь ввиду своей стабильности не может поддерживать электрическую активность.
Рис. 2.1. Упрощенная схема атома кремния, на которой показаны только валентные электроны
полупроводник электропроводимость оптопара светоизлучающий
Рис. 2.2. Кристаллическая структура кремния с ковалентными связями
При комнатной температуре кристаллы чистого кремния являются плохими проводниками. Они ведут себя, как изоляторы. Однако если кристаллу сообщить тепловую энергию, то некоторые электроны получат эту энергию и переместятся на более высокую орбиту, нарушая ковалентную связь. Это позволяет кристаллу проводить ток.
· диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, удерживаемого ковалентной связью, называется зоной валентности, или валентной зоной.
· диапазон энергий, в котором лежит энергия электрона, разорвавшего ковалентную связь и ставшего свободным, называется зоной проводимости.
· графическое изображение этих энергетических зон называется зонной энергетической диаграммой.
Рис. 2.3.
Для того, чтобы электрон смог разорвать ковалентную связь и стать свободным, он должен получить энергию, большую ширины запрещённой зоны. Перейти на страницу: 1 2
Другое по теме:
Технико-экономический проект развития СТС Монтированная емкость станций, № АТС – 1 150 АТС – 2 50 АТС – 3 150 АТС – 4 50 АТС – 5 50 ...