Билет №21. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников.

Билет №21. Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. 1. Определение полупроводников Полупроводники — это вещества, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками. Основной особенностью полупроводников является сильная зависимость их проводимости от температуры, освещенности и наличия примесей. При низких температурах они ведут себя как диэлектрики, а при повышении температуры их сопротивление уменьшается. 2. Собственная проводимость Собственной проводимостью обладают химически чистые полупроводники (например, чистый германий \(Ge\) или кремний \(Si\)). В кристаллической решетке кремния каждый атом связан с четырьмя соседними атомами ковалентными связями. При повышении температуры часть связей разрывается, и электроны становятся свободными. На месте покинувшего связь электрона образуется вакантное место с избыточным положительным зарядом, которое называют дыркой. В чистом полупроводнике концентрация свободных электронов \(n_e\) равна концентрации дырок \(n_h\): \[n_e = n_h\] Процесс образования пар электрон-дырка называется генерацией, а процесс их воссоединения — рекомбинацией. 3. Примесная проводимость Для изменения свойств полупроводников в них вводят примеси. Различают два типа примесной проводимости: а) Электронная проводимость (n-тип): Возникает при введении донорной примеси — элементов с большей валентностью, чем у основного полупроводника (например, фосфор \(P\) в кремний \(Si\)). Пятый электрон атома примеси не участвует в связях и легко становится свободным. В полупроводниках n-типа: - Основные носители заряда — электроны. - Неосновные носители — дырки. б) Дырочная проводимость (p-тип): Возникает при введении акцепторной примеси — элементов с меньшей валентностью (например, индий \(In\) или бор \(B\) в кремний \(Si\)). Для образования связей атому примеси не хватает электрона, он забирает его у соседнего атома, создавая дырку. В полупроводниках p-типа: - Основные носители заряда — дырки. - Неосновные носители — электроны. 4. Значение для отечественной науки и техники Изучение полупроводников является фундаментом современной микроэлектроники. Российская наука исторически занимала лидирующие позиции в этой области. Например, работы академика Жореса Алфёрова по созданию полупроводниковых гетероструктур были удостоены Нобелевской премии. Сегодня развитие собственной полупроводниковой базы является ключевым приоритетом для обеспечения технологического суверенитета и безопасности России.