Puslaidininkiai užima tarpinę elektros laidumo vietą tarp elektros srovės laidininkų ir nelaidininkų. Puslaidininkių grupei priklauso daug daugiau medžiagų nei laidininkų ir nelaidininkų grupėms kartu. Dauguma būdingi atstovai puslaidininkių, kurie rado praktinis pritaikymas Technologijoje yra germanis, silicis, selenas, telūras, arsenas, vario oksidas ir didžiulė suma lydiniai ir cheminiai junginiai. Beveik viskas neorganinių medžiagų mus supantis pasaulis – puslaidininkiai. Gamtoje labiausiai paplitęs puslaidininkis yra silicis, kuris sudaro apie 30% žemės plutos.
Kokybinis puslaidininkių ir metalų skirtumas pirmiausia pasireiškia varžos priklausomybe nuo temperatūros. Mažėjant temperatūrai, mažėja metalų atsparumas. Puslaidininkiuose, priešingai, mažėjant temperatūrai, atsparumas didėja ir arti absoliutus nulis jie praktiškai tampa izoliatoriais.
Puslaidininkiuose laisvųjų krūvininkų koncentracija didėja didėjant temperatūrai. Elektros srovės mechanizmas puslaidininkiuose negali būti paaiškintas dujų modeliu laisvųjų elektronų.
Germanio atomų išoriniame apvalkale yra keturi silpnai surišti elektronai. Jie vadinami valentiniais elektronais. Kristalinėje gardelėje kiekvienas atomas yra apsuptas keturių artimiausi kaimynai. Ryšys tarp atomų germanio kristale yra kovalentinis, t.y. vyksta poromis valentiniai elektronai. Kiekvienas valentinis elektronas priklauso dviem atomams. Valentiniai elektronai germanio kristale yra daug stipriau surišti su atomais nei metaluose; Todėl laidumo elektronų koncentracija kambario temperatūroje puslaidininkiuose yra daug dydžių mažesnė nei metaluose. Germanio kristalo temperatūrai artima absoliutus nulis, visi elektronai yra užimti formuojant ryšius. Toks kristalas nepraleidžia elektros srovės.
Kylant temperatūrai, kai kurie valentiniai elektronai gali įgyti pakankamai energijos, kad nutrūktų kovalentiniai ryšiai. Tada kristale atsiras laisvieji elektronai (laidumo elektronai). Tuo pačiu metu susidaro laisvos vietos, kur nutrūksta ryšiai, kurių neužima elektronai. Šios laisvos darbo vietos vadinamos „skylėmis“.
Tam tikroje puslaidininkio temperatūroje per laiko vienetą susidaro tam tikras skaičius elektronų skylių porų. Tuo pačiu metu laikas eina atvirkštinis procesas – kai laisvas elektronas susitinka su skyle, elektroninis ryšys tarp germanio atomų atsistato. Šis procesas vadinamas rekombinacija. Elektronų skylių poros gali gimti ir apšviečiant puslaidininkį dėl energijos elektromagnetinė spinduliuotė.
Jei į elektrinį lauką patalpintas puslaidininkis, tai tvarkingame judėjime dalyvauja ne tik laisvieji elektronai, bet ir skylės, kurios elgiasi kaip teigiamai įkrautos dalelės. Todėl puslaidininkio srovė I susideda iš elektronų I n ir skylės I p srovių: I = I n + I p.
Laidumo elektronų koncentracija puslaidininkyje lygi skylių koncentracijai: n n = n p. Elektronų skylių laidumo mechanizmas pasireiškia tik grynuose (t.y. be priemaišų) puslaidininkiuose. Jis vadinamas vidiniu puslaidininkių elektriniu laidumu.
Esant priemaišoms, puslaidininkių elektrinis laidumas labai pakinta. Pavyzdžiui, pridedant priemaišų fosforoį kristalą silicio 0,001 atominio procento kiekiu redukuoja varža daugiau nei penkiomis eilėmis.
Puslaidininkis, į kurį įvedama priemaiša (t. y. dalis vieno tipo atomų pakeičiama kito tipo atomais), vadinamas priemaišų arba legiruotų.
Yra du priemaišų laidumo tipai – elektroninis ir skylinis laidumas.
Taigi, kai dopingo keturvalentės germanis (Ge) arba silicis (Si) penkiavalentė - fosforas (P), stibis (Sb), arsenas (As) Priemaišos atomo vietoje atsiranda papildomas laisvas elektronas. Šiuo atveju priemaiša vadinama donoras .
Kai keturvalenčio germanio (Ge) arba silicio (Si) legiravimas su trivalenčiu - aliuminis (Al), indis (Jn), boras (B), galis (Ga)
- atsiranda linijos skylė. Tokios priemaišos vadinamos priėmėjas
.
Tame pačiame pavyzdyje puslaidininkinė medžiaga viena sekcija gali turėti p – laidumą, o kita n – laidumą. Toks prietaisas vadinamas puslaidininkiniu diodu.
Priešdėlis „di“ žodyje „diodas“ reiškia „dvi“, tai rodo, kad įtaisas turi dvi pagrindines „dalis“, du glaudžiai vienas kito esančius puslaidininkinius kristalus: vieną su p-laidumu (tai zona p), kitas - su n - laidumu (tai zona p). Tiesą sakant, puslaidininkinis diodas yra vienas kristalas, į kurio vieną dalį įvedama donorinė priemaiša (zona p), kitam - akceptorius (zona p).
Jei bateriją prijungiate prie diodo nuolatinė įtampa"pliusas" į zoną r ir "minusas" į zoną n, tada laisvieji krūviai – elektronai ir skylės – skubės prie ribos ir skubės į pn sandūrą. Čia jie neutralizuos vienas kitą, nauji krūviai priartės prie ribos ir a D.C.. Tai vadinamasis tiesioginis diodo pajungimas – per jį intensyviai juda krūviai, o grandinėje teka gana didelė pirminė srovė.
Dabar pakeiskime diodo įtampos poliškumą ir, kaip sakoma, įjunkite jį atvirkščiai - prijunkite „pliuso“ bateriją prie zonos p,"minusas" - į zoną r. Laisvieji krūviai bus atitraukti nuo ribos, elektronai judės į „pliusą“, skylės – į „minusą“ ir dėl to pn sandūra pavirs zona be nemokami mokesčiai, į švarų izoliatorių. Tai reiškia, kad grandinė nutrūks ir srovė joje sustos.
Nedidelė atvirkštinė srovė vis tiek tekės per diodą. Nes, be pagrindinių laisvųjų krūvių (krūvnešių) – elektronų, zonoje n, o skylės p zonoje – kiekvienoje iš zonų taip pat yra nežymus kiekis priešingo ženklo krūvių. Tai yra jų pačių mažumos krūvininkai, jie egzistuoja bet kuriame puslaidininkyje, atsiranda jame dėl atomų šiluminių judėjimų ir būtent jie sukuria atvirkštinę srovę per diodą. Šie įkrovimai yra palyginti maži, o atvirkštinė srovė yra daug kartų mažesnė nei tiesioginė srovė. Atbulinės eigos srovė stipriai priklauso nuo temperatūros aplinką, puslaidininkinė medžiaga ir plotas p-n perėjimas. Didėjant sandūros plotui, didėja jo tūris, todėl mažumos nešėjų, atsirandančių dėl šilumos susidarymo ir šiluminės srovės, skaičius didėja. Dažnai aiškumo dėlei srovės įtampos charakteristikos pateikiamos grafikų pavidalu.
Fizinės savybės puslaidininkiai Puslaidininkiai yra medžiagos, kurios savaip laidumas užima tarpinę vietą tarp laidininkų ir dielektrikų. Pagrindinė šių medžiagų savybė yra elektros laidumo padidėjimas didėjant temperatūrai. Elektrinės savybės medžiagos Laidininkai Gerai praleidžia elektros srovę Tai metalai, elektrolitai, plazma... Dažniausiai naudojami laidininkai Au, Ag, Cu, Al, Fe... Puslaidininkiai, klasifikuojami pagal laidumą tarpinė padėtis tarp laidininkų ir dielektrikų Si, Ge, Se, In, As Dielektrikai Praktiškai nelaidi elektros srovės Tai yra plastikai, guma, stiklas, porcelianas, sausa mediena, popierius...
Puslaidininkių fizinės savybės Puslaidininkių laidumas priklauso nuo temperatūros. Skirtingai nuo laidininkų, kurių varža didėja didėjant temperatūrai, kaitinant puslaidininkių varža mažėja. Arti absoliutaus nulio puslaidininkiai turi dielektrikų savybes. R (omų) metalas R 0 puslaidininkis t (0 C)
Puslaidininkių savitasis laidumas Normaliomis sąlygomis (žemoje temperatūroje) puslaidininkiuose nėra laisvų įkrautų dalelių, todėl puslaidininkis nepraleidžia elektros srovės. - Si Si - - Si
"Skylė" Kai šildomas kinetinė energija elektronų padaugėja ir greičiausi iš jų palieka savo orbitą. Nutrūkus ryšiui tarp elektrono ir branduolio, a laisvos vietos V elektronų apvalkalas atomas. Šiuo metu sąlyginė teigiamas krūvis, vadinamas „skyle“. Si + Si - laisvasis elektronas Si - + - Si skylė - + Si
Puslaidininkių savitasis laidumas Kaimyninio atomo valentinis elektronas, pritrauktas į skylę, gali įšokti į ją (rekombinuoti). Tokiu atveju pradinėje vietoje susidaro nauja „skylė“, kuri vėliau gali panašiai judėti aplink kristalą.
Puslaidininkių savitasis laidumas Jei įtampa elektrinis laukas pavyzdyje yra nulis, tada išlaisvintų elektronų ir „skylių“ judėjimas vyksta atsitiktinai ir todėl nesukuria elektros srovės. Veikiami elektrinio lauko, elektronai ir skylės pradeda tvarkingą (priešinį) judėjimą, sudarydami elektros srovę. Laidumas tokiomis sąlygomis vadinamas vidiniu puslaidininkių laidumu. Šiuo atveju elektronų judėjimas sukuria elektroninį laidumą, o skylių judėjimas – skylių laidumą.
Puslaidininkių priemaišų laidumas Dozuotas priemaišų įvedimas į gryną laidininką leidžia tikslingai keisti jo laidumą. Todėl, siekiant padidinti laidumą, į grynus puslaidininkius (legiuotus) įvedamos priemaišos, kurios yra donorinės ir akceptorinės priemaišos Acceptor Donor p tipo puslaidininkiai n tipo puslaidininkiai
Elektroniniai puslaidininkiai (n tipo) kilę iš B keturvalenčio puslaidininkio. Terminas "n-tipas" (pvz., silicis) prideda penkiavalenčių puslaidininkių priemaišų (pvz., arseno). Sumaišius 4-valentinį silicį (Si) su 5-valenčiu arsenu (As), vienas iš 5 arseno elektronų tampa laisvas. IN šiuo atveju Krūvis daugiausia perduodamas elektronais, nes jų koncentracija yra didesnė nei skylių. Šis laidumas vadinamas elektroniniu. Priemaišos, kurios dedamos į puslaidininkius, todėl jie tampa n tipo puslaidininkiais, vadinamos donorinėmis priemaišomis. N-puslaidininkių laidumas yra maždaug lygus: - Si Si - As - Si -
Skyliniai puslaidininkiai (p tipo) Terminas "p tipas" kilęs iš žodžio "teigiamas", kuris reiškia teigiamą daugumos nešėjų krūvį. Trivalenčio elemento (pavyzdžiui, indžio) atomai pridedami prie keturvalenčio puslaidininkio (pavyzdžiui, silicio). Priemaišos, kurios pridedamos šiuo atveju, vadinamos akceptoriaus priemaišomis. Jei silicis yra legiruotas trivalenčiu indžiu, tai indžiui trūksta vieno elektrono, kad susidarytų ryšiai su siliciu, t.y., susidaro papildoma skylė. Tokiame puslaidininkyje pagrindiniai krūvininkai yra skylės, o laidumas vadinamas skyliniu laidumu. P-puslaidininkių laidumas yra maždaug lygus: - Si Si - In + - Si
Tiesioginis ryšys p + + + n + + - - _ - Srovę per p – n sandūrą vykdo pagrindiniai krūvininkai (skylės, sandūros varža maža, srovė didelė, juda į dešinę, elektronai į kairėje)
Atvirkštinis perjungimas p _ + + n + + - - + - Blokuojantis sluoksnis Pagrindiniai krūvininkai nepraeina per p – n sandūrą. Jungties varža yra didelė, srovės praktiškai nėra.
Diodas Puslaidininkinis diodas yra puslaidininkinis įtaisas su viena elektros jungtimi ir dviem laidais (elektrodais). Skirtingai nuo kitų tipų diodų, veikimo principas puslaidininkinis diodas remiasi p-n sandūros fenomenu. Pirmą kartą diodą išrado Johnas Flemmingas 1904 m.
Diodų tipai ir pritaikymas Diodai naudojami: konvertuojant AC nuolat aptinkant elektros signalų apsaugą skirtingi įrenginiai nuo neteisingo aukšto dažnio signalų įjungimo poliškumo, srovės ir įtampos stabilizavimo, signalų perdavimo ir priėmimo
Tranzistorius elektroninis prietaisas pagamintas iš puslaidininkinės medžiagos, paprastai su trimis gnybtais, leidžiančiais įvesties signalais valdyti srovę elektros grandinė. Paprastai naudojamas elektriniams signalams stiprinti, generuoti ir konvertuoti. 1947 m. William Shockley, John Bardeen ir Walter Brattain sukūrė pirmąjį veikiantį bipolinį tranzistorių „Bell Labs“.
Bipolinis tranzistorius yra trijų elektrodų puslaidininkinis įtaisas, vienas iš tranzistorių tipų. Pagal šį kaitaliojimo būdą išskiriami npn ir pnp tranzistoriai (n (neigiamas) - elektroninis priemaišų laidumo tipas, p (teigiamas) - skylės tipas). Bipoliniame tranzistoryje, skirtingai nuo kitų tipų, pagrindiniai nešikliai yra ir elektronai, ir skylės. Bipolinis taškinis tranzistorius buvo išrastas 1947 m., o per vėlesnius metus jis įsitvirtino kaip pagrindinis integrinių grandynų gamybos elementas.
Lauko tranzistorius yra puslaidininkinis įtaisas, kuriame srovė kinta veikiant elektriniam laukui, statmenam įvesties signalo sukurtai srovei. Darbinės srovės srautą lauko tranzistoryje sukelia tik vieno ženklo krūvininkai. Lauko tranzistorius paprastai skirstomas į 2 grupes: su valdymo p-n jungtimi arba metalo-puslaidininkio jungtimi su valdymu per izoliuotą elektrodą (vartelius)
Žodis „srovė“ reiškia kažko judėjimą ar tėkmę. Elektros srovė yra tvarkingas (kryptinis) įkrautų dalelių judėjimas. Paprastai elektros srovė atsiranda, kai laisvuosius krūvius veikia išorinė nukreipta elektromagnetinė jėga. Tačiau puslaidininkiuose kryptingas krūvių judėjimas galimas dėl chaotiško šiluminio judėjimo, jei jų išdėstymo tankis yra nehomogeniškas. Tokiu atveju krūviai pirmiausia pereina iš didesnės koncentracijos srities į mažesnės koncentracijos sritį. Šis reiškinys vadinama difuzija, o srovė dėl difuzijos vadinama difuzija.
Atskirti įprastą srovę, kurią sukelia veiksmas elektrinė jėga, nuo difuzinės srovės įprasta srovė vadinama dreifu.
Elektronų skylės perėjimas
Studijuojant kontaktiniai reiškiniai puslaidininkiuose reikėtų orientuotis į perėjimo gavimo būdus: priemaišų lydymą, difuziją, jonų implantavimą. Visi jie leidžia sukurti sritis su elektronų ir skylių elektriniu laidumu viename puslaidininkių pavyzdyje.
Net ir perėjimo sukūrimo stadijoje joje vyksta skylių difuzijos procesai iš p srities į n sritį ir laisvųjų elektronų iš n srities į p sritį. Dėl to dviejų sričių ribose susidaro dvigubas elektros krūvių sluoksnis, susidedantis iš neigiamų ir teigiamų priemaišų atomų jonų ir perkeliamų krūvių sukuriamo elektrinio lauko. Šis laukas neutralizuoja tolesnę pagrindinių krūvininkų difuziją, dėl kurios susidaro pusiausvyros būsena.
Elektronų skylės perėjimo sritimi laikomas erdvės krūvių sluoksnis abiejose sričių ribos pusėse (2.5 pav.). Šis sluoksnis vadinamas barjeriniu sluoksniu, nes jame išsekę laisvieji krūvininkai ir daugeliu atvejų jį galima laikyti dielektriku. Čia būtina pabrėžti, kad erdvės krūvio tankiai barjeriniame sluoksnyje yra skirtingi abiejose regionų ribos pusėse, nes juos lemia donorinės priemaišos koncentracijos n regione ir akceptoriaus priemaišos koncentracijos p. - regionas. Apskritai dvigubas erdvės krūvio sluoksnis yra elektriškai neutralus: bendras teigiamas krūvis n srityje yra lygus bendram neigiamas krūvis p regione. Pagrindinis erdvės krūvio elektrinio lauko poveikis yra susilpninti difuzijos srovę iki labai mažos barjerinio sluoksnio laidumo srovės (dreifinės srovės) vertės. Dėl to bendra srovė per sankryžą yra lygi nuliui.
Jei sandūroje yra įjungta išorinė įtampa, ji padidina kontaktinę įtampą ir, priklausomai nuo poliškumo, padidina arba sumažina įtampą sandūroje, todėl pasikeičia difuzijos srovė per ją. Kalbant apie dreifo srovę, jos vertė praktiškai nepriklauso nuo išorinės įtampos ir yra nustatoma tik pagal laisvųjų nešėjų generavimo greitį išsekimo sluoksnyje. Vienpusis sandūros laidumas atsiranda dėl to, kad esant tiesioginiam išorinės įtampos poliškumui, difuzijos srovė gali labai stipriai padidėti, o esant atvirkštiniam poliškumui - tik labai nedidelis sumažėjimas, nes jis buvo artimas nuliui. .
Be to, išorinis stresas turi stiprią įtaką ant barjerinio sluoksnio storio, kurio erdviniai krūviai yra tiesiogiai susiję su įtampa sandūroje. Padidėjus šiai įtampai turėtų padidėti erdvės krūviai. Tačiau šių krūvių tankį lemia tik priemaišų koncentracijos. Vadinasi, įkrovos padidės dėl jų tūrio padidėjimo, o tai reiškia, kad padidės barjerinio sluoksnio storis.
Pagal konkrečią vertę elektrinė varža puslaidininkiai užima tarpinę padėtį tarp gerų laidininkų ir dielektrikų. Puslaidininkių yra daug cheminiai elementai(germanis, silicis, selenas, telūras, arsenas ir kt.), daugybė lydinių ir cheminių junginių. Beveik visos mus supančio pasaulio neorganinės medžiagos yra puslaidininkiai. Gamtoje labiausiai paplitęs puslaidininkis yra silicis, kuris sudaro apie 30% žemės plutos.
Kokybinis puslaidininkių ir metalų skirtumas pirmiausia pasireiškia varžos priklausomybe nuo temperatūros. Temperatūrai mažėjant metalų varža mažėja (žr. 1.12.4 pav.). Puslaidininkiuose, priešingai, mažėjant temperatūrai varža didėja ir beveik absoliučiam nuliui jie praktiškai tampa izoliatoriais (1.13.1 pav.).
Tokia priklausomybės eiga ρ ( T) rodo, kad puslaidininkiuose laisvųjų krūvininkų koncentracija nelieka pastovi, o didėja didėjant temperatūrai. Elektros srovės mechanizmas puslaidininkiuose negali būti paaiškintas laisvųjų elektronų dujų modelio rėmuose. Kokybiškai panagrinėkime šį mechanizmą germanio (Ge) pavyzdžiu. Silicio (Si) kristalo mechanizmas yra panašus.
Germanio atomų išoriniame apvalkale yra keturi silpnai surišti elektronai. Jie vadinami valentiniai elektronai . Kristalinėje gardelėje kiekvienas atomas yra apsuptas keturių artimiausių kaimynų. Ryšys tarp atomų germanio kristale yra kovalentinis t.y., jį vykdo valentinių elektronų poros. Kiekvienas valentinis elektronas priklauso dviem atomams (1.13.2 pav.). Valentiniai elektronai germanio kristale yra daug stipriau surišti su atomais nei metaluose; Todėl laidumo elektronų koncentracija kambario temperatūroje puslaidininkiuose yra daug dydžių mažesnė nei metaluose. Germanio kristalo temperatūrai artima absoliutus nulis, visi elektronai yra užimti formuojant ryšius. Toks kristalas nepraleidžia elektros srovės.
Kylant temperatūrai, kai kurie valentiniai elektronai gali įgyti pakankamai energijos kovalentiniams ryšiams nutraukti. Tada kristale atsiras laisvieji elektronai (laidumo elektronai). Tuo pačiu metu susidaro laisvos vietos, kur nutrūksta ryšiai, kurių neužima elektronai. Šios laisvos darbo vietos vadinamos skyles . Laisvą vietą gali užimti valentinis elektronas iš kaimyninės poros, tada skylė persikels į naują kristalo vietą. Tam tikroje puslaidininkio temperatūroje per laiko vienetą susidaro tam tikras skaičius elektronų skylių porų. Tuo pačiu metu vyksta atvirkštinis procesas – kai laisvas elektronas susitinka su skyle, atsistato elektroninis ryšys tarp germanio atomų. Šis procesas vadinamas rekombinacija . Elektronų skylių poros taip pat gali būti sukurtos, kai puslaidininkis yra apšviestas dėl elektromagnetinės spinduliuotės energijos. Jei nėra elektrinio lauko, laidumo elektronai ir skylės dalyvauja chaotiškame šiluminiame judėjime.
Jei į elektrinį lauką patalpintas puslaidininkis, tai tvarkingame judėjime dalyvauja ne tik laisvieji elektronai, bet ir skylės, kurios elgiasi kaip teigiamai įkrautos dalelės. Todėl srovė aš puslaidininkyje jis susideda iš elektronų aš n ir skylė Ip srovės:
|
Laidumo elektronų koncentracija puslaidininkyje yra lygi skylių koncentracijai: n n = n p. Elektronų skylių laidumo mechanizmas pasireiškia tik grynuose (t.y. be priemaišų) puslaidininkiuose. Tai vadinama nuosavas elektros laidumas puslaidininkiai.
Jei yra priemaišų elektros laidumas puslaidininkiai labai pasikeičia. Pavyzdžiui, į silicio kristalą įpylus 0,001 atominio procento fosforo priemaišų, varža sumažėja daugiau nei penkiomis eilėmis. Tokią stiprią priemaišų įtaką galima paaiškinti remiantis aukščiau pateiktomis mintimis apie puslaidininkių struktūrą.
Būtina sąlyga staigiam puslaidininkio varžos sumažėjimui įvedant priemaišas yra priemaišų atomų valentingumo skirtumas nuo pagrindinių kristalo atomų valentingumo.
Puslaidininkių laidumas esant priemaišoms vadinamas priemaišų laidumas . Yra dviejų tipų priemaišų laidumas - elektroninis Ir skylė.
Elektroninis laidumasįvyksta, kai penkiavalenčiai atomai (pavyzdžiui, arseno atomai, As) įvedami į germanio kristalą su keturvalenčiais atomais.
Fig. 1.13.3 rodo penkiavalentį arseno atomą, randamą mazge kristalinė gardelė Vokietija. Keturi arseno atomo valentiniai elektronai yra įtraukti į kovalentinių ryšių su keturiais gretimais germanio atomais formavimąsi. Penktasis valentinis elektronas pasirodė perteklinis; jis lengvai atitrūksta nuo arseno atomo ir tampa laisvas. Atomas, praradęs elektroną, tampa teigiamas jonas, esantis kristalinės gardelės mazge. Atomų priemaiša, kurios valentingumas viršija puslaidininkinio kristalo pagrindinių atomų valentingumą, vadinama donoro priemaiša . Dėl jo įvedimo kristale atsiranda daug laisvųjų elektronų. Dėl to smarkiai sumažėja puslaidininkio savitoji varža – tūkstančius ir net milijonus kartų. Laidininko, kuriame yra daug priemaišų, varža gali priartėti prie metalinio laidininko varža.
Germanio kristale su arseno priemaiša yra elektronų ir skylių, atsakingų už paties kristalo laidumą. Tačiau pagrindinis laisvųjų krūvininkų tipas yra elektronai, atskirti nuo arseno atomų. Tokiame kristale n n >> n p. Šis laidumas vadinamas elektroninis, ir puslaidininkį, turintį elektroninis laidumas, paskambino n tipo puslaidininkis .
Skylės laidumas atsiranda, kai į germanio kristalą patenka trivalenčių atomų (pavyzdžiui, indžio atomų, In). Fig. 1.13.4 paveiksle parodytas indžio atomas, kuris savo valentinių elektronų pagalba sukūrė kovalentinius ryšius tik su trimis gretimais germanio atomais. Indžio atomas neturi elektrono, kuris sudarytų ryšį su ketvirtuoju germanio atomu. Šį trūkstamą elektroną indžio atomas gali užfiksuoti iš gretimų germanio atomų kovalentinio ryšio. Šiuo atveju indžio atomas virsta neigiamas jonas, esantis kristalinės gardelės vietoje, o gretimų atomų kovalentiniame ryšyje susidaro tuščia vieta. Vadinamas atomų, galinčių sugauti elektronus, mišinys akceptoriaus priemaiša . Dėl akceptoriaus priemaišos įvedimo kristale nutrūksta daug kovalentinių ryšių ir susidaro laisvos erdvės (skylės). Elektronai iš gretimų kovalentinių ryšių gali peršokti į šias vietas, o tai sukelia chaotišką skylių klajojimą visame kristale.
Akceptoriaus priemaišos buvimas smarkiai sumažina puslaidininkio varžą dėl išvaizdos didelis skaičius laisvos skylės. Skylių koncentracija puslaidininkyje su akceptoriaus priemaiša žymiai viršija elektronų koncentraciją, susidariusią dėl paties puslaidininkio elektrinio laidumo mechanizmo: n p >> n n. Šis laidumo tipas vadinamas skylės laidumas. Priemaišinis puslaidininkis su skylutiniu laidumu vadinamas p tipo puslaidininkis . Pagrindiniai laisvieji krūvininkai puslaidininkiuose p-tipas yra skylės.
Reikėtų pabrėžti, kad skylės laidumas iš tikrųjų yra dėl elektronų judėjimo per laisvas vietas iš vieno germanio atomo į kitą, kuris atlieka kovalentinį ryšį.
2. Užduotis tema „Kūno judėjimas apskritime, kurio greičio modulis yra pastovus“.
Aplink sukasi rutulys ant 80 cm ilgio virvelės vertikalioji ašis Su pastovus greitis. Jei sriegio nuokrypio kampas nuo vertikalės yra 60°, tai kokiu greičiu rutulys sukasi?
3. Eksperimentinė užduotis. Galvaninio elemento vidinės varžos nustatymas.
Bilietas Nr.25-B
1. Branduolinės reakcijos. Branduolinės grandininės reakcijos. Branduolinis reaktorius.
Branduolinė reakcija yra sąveikos procesas atomo branduolys su kitu branduoliu arba elementarioji dalelė, lydimas branduolio sudėties ir struktūros pasikeitimo bei išsiskyrimo didelis kiekis energijos. Branduolinę reakciją pirmą kartą pastebėjo Rutherfordas 1919 m., bombarduodamas azoto atomų branduolius alfa dalelėmis. Vėliau šio proceso nuotraukos buvo gautos naudojant debesų kamerą.
Pagal sąveikos mechanizmą branduolinės reakcijos skirstomos į du tipus:
· reakcijos susidarant junginio branduoliui yra dviejų pakopų procesas, vykstantis esant ne itin didelei dalelių susidūrimo kinetikai (iki maždaug 10 MeV).
metu vykstančios tiesioginės branduolinės reakcijos branduolinis laikas reikalingas dalelei pereiti per branduolį. Šis mechanizmas daugiausia pasireiškia esant didelei bombarduojančių dalelių energijai.
Branduolinė grandininė reakcija- pavienių branduolinių reakcijų seka, kurių kiekvieną sukelia dalelė, kuri pasirodė kaip reakcijos produktas ankstesniame sekos etape. Grandinės pavyzdys branduolinė reakcija yra grandininė reakcija sunkiųjų elementų branduolių dalijimasis, kurio metu daugiausia dalijimosi įvykių inicijuoja neutronai, gauti dalijantis ankstesnės kartos branduoliams.
Branduolinis reaktorius- tai prietaisas, skirtas organizuoti kontroliuojamą savaime išsilaikančią dalijimosi grandininę reakciją, kurią visada lydi energijos išsiskyrimas (1 MW per 3·10 16 dalijimosi įvykių per sekundę). Kitu atveju: branduolinis reaktorius yra įrenginys, skirtas vykdyti kontroliuojamą branduolinę reakciją.
Bet kuris branduolinis reaktorius susideda iš šių dalių:
· Aktyvas su branduoliniu kuru ir moderatoriumi;
· Šerdį supantis neutronų atšvaitas;
· Aušinimo skystis;
· Grandininės reakcijos valdymo sistema, įskaitant avarinę apsaugą;
Dabartinė būsena branduolinis reaktorius Galima apibūdinti efektyviuoju neutronų dauginimo koeficientu k arba reaktyvumas ρ , kurie yra susiję tokiu ryšiu:
Šie kiekiai pasižymi šias vertes:
· k> 1 - grandininė reakcija laikui bėgant didėja, reaktorius yra superkritinis būsena, jos reaktyvumas ρ > 0;
· k < 1 - реакция затухает, реактор - subkritinis, ρ < 0;
· k = 1, ρ = 0 - branduolio skilimų skaičius yra pastovus, reaktorius yra stabilioje būsenoje kritiškas sąlyga.
Branduolinio reaktoriaus kritiškumo sąlyga:
· turėti dalį visas numeris reaktoriuje susidarę neutronai, absorbuoti reaktoriaus aktyvioje zonoje, arba tikimybė išvengti neutronų nutekėjimo iš galutinio tūrio.
· k 0 – neutronų dauginimo koeficientas be galo didelėje šerdyje.
Dauginimo koeficientas paverčiamas vienetu, subalansuojant neutronų dauginimąsi su jų nuostoliais. Iš tikrųjų yra dvi nuostolių priežastys: gaudymas be dalijimosi ir neutronų nutekėjimas už veisimosi terpės ribų.
2. Užduotis tema "Pagrindinė idealių dujų molekulinės kinetinės teorijos lygtis".
Uždarame konteineryje yra idealios dujos. Jei jo molekulių vidutinis kvadratinis greitis padidės 20%, tai kaip pasikeis dujų slėgis inde?
3. Eksperimentinė užduotis. „Auksinės mechanikos taisyklės“ svirties tinkamumo tikrinimas.
________________________________________________________________
Bilietas Nr.26-B
1. Elektromagnetinės bangos. Elektromagnetinių bangų savybės. Elektromagnetinės bangos sklidimo greitis.
Svyruojantys elektros krūvio judesiai taip pat sukelia elektrinio ir magnetinio lauko pokyčių bangas. Iš tiesų, šie įkrovimo svyravimai pirmiausia sukels periodiniai pokyčiai aplinkui esantis elektrinis laukas, kuris, savo ruožtu, pagal Maksvelo hipotezę (žr. §7), sukels tokio pat dažnio kintamo magnetinio lauko atsiradimą. Tokiu atveju susidaręs magnetinis laukas viršys jį sukūrusio elektros krūvio virpesius. Tada kintantis magnetinis laukas pagal dėsnį elektromagnetinė indukcija sukels elektros smūgį didesnis atstumas nuo svyruojančio krūvio ir kt. Taigi, svyruojantys elektros krūvio judesiai sukelia erdvėje sklindančių elektrinių ir magnetinių laukų virpesių bangų atsiradimą. Tokios bangos vadinamos elektromagnetinis.
Svarbiausias rezultatas, kuris išplaukia iš Maxwello suformuluotos teorijos elektromagnetinis laukas, tapo elektromagnetinių bangų egzistavimo galimybės numatymu. Elektromagnetinė banga- elektromagnetinių laukų sklidimas erdvėje ir laike.
Elektromagnetinio lauko šaltinis - elektros krūviai, juda su pagreičiu.
Elektromagnetinės bangos, skirtingai nei elastinės (garso) bangos, gali sklisti vakuume ar bet kurioje kitoje medžiagoje.
Elektromagnetinės bangos vakuume sklinda dideliu greičiu c=299 792 km/s, tai yra šviesos greičiu.
2. Problema tema „Masės ir energijos santykio dėsnis“.
Bendra saulės spinduliuotės galia yra 3,84 * 10 26 W. Nustatykite, kiek Saulės masė sumažėja dėl radiacijos per dieną.
3. Eksperimentinė užduotis:
"Dviejų jėgų, nukreiptų išilgai vienos tiesės, rezultatas."
Eriutkinas Jevgenijus Sergejevičius
aukštosios fizikos mokytojas kvalifikacinė kategorija GOU vidurinė mokykla Nr. 1360, Maskva
Jei užmezgate tiesioginį ryšį, išorinis laukas neutralizuos blokavimo lauką, o srovę neš pagrindiniai krūvininkai.
Ryžiai. 9. p-n sandūra su tiesioginiu ryšiu ()
Šiuo atveju mažumos vežėjų srovė yra menka, jos praktiškai nėra. Todėl p-n sandūra užtikrina vienpusį elektros srovės laidumą.
Ryžiai. 10. Atominė silicio struktūra didėjant temperatūrai
Puslaidininkių laidumas yra elektronų skylė, o toks laidumas vadinamas vidiniu laidumu. Ir skirtingai nuo laidininkų metalų, kylant temperatūrai, didėja laisvųjų krūvių skaičius (pirmuoju atveju jis nekinta), todėl didėjant temperatūrai puslaidininkių laidumas didėja, o varža mažėja
Labai svarbus klausimas tiriant puslaidininkius yra priemaišų juose buvimas. O priemaišų buvimo atveju jau turėtume kalbėti apie priemaišų laidumą.
Mažas dydis ir labai aukšta perduodamų signalų kokybė padarė puslaidininkinius įtaisus labai paplitusius šiuolaikinėse elektroninėse technologijose. Tokių prietaisų sudėtyje gali būti ne tik anksčiau minėto silicio su priemaišomis, bet ir, pavyzdžiui, germanio.
Vienas iš tokių įrenginių yra diodas – įrenginys, galintis praleisti srovę viena kryptimi ir neleisti jai praeiti kita. Jis gaunamas implantuojant kitokio tipo puslaidininkį į p arba n tipo puslaidininkinį kristalą.
Ryžiai. 11. Atitinkamai diodo žymėjimas diagramoje ir jo įrenginio schema
Kitas įrenginys, dabar su dviem p-n sandūros vadinamas tranzistoriumi. Jis skirtas ne tik srovės perdavimo krypčiai parinkti, bet ir ją transformuoti.
Ryžiai. 12. Tranzistoriaus sandaros schema ir jo žymėjimas ant elektros schema atitinkamai ()
Reikėtų pažymėti, kad šiuolaikinėse mikroschemose naudojama daugybė diodų, tranzistorių ir kitų elektros prietaisų derinių.
Kitoje pamokoje apžvelgsime elektros srovės sklidimą vakuume.
- Tikhomirova S.A., Yavorsky B.M. fizika ( bazinis lygis) M.: Mnemosyne. 2012 m
- Gendenšteinas L.E., Dickas Yu.I. Fizika 10 klasė. M.: Ileksa. 2005 m
- Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z., Slobodskov B.A. Fizika. Elektrodinamika M.: 2010 m
- Prietaisų veikimo principai ().
- Fizikos ir technologijos enciklopedija ().
- Kas lemia laidumo elektronų atsiradimą puslaidininkyje?
- Kas atsitiko vidinis laidumas puslaidininkis?
- Kaip puslaidininkio laidumas priklauso nuo temperatūros?
- Kuo donorinė priemaiša skiriasi nuo akceptorinės priemaišos?
- *Koks yra silicio laidumas su a) galio, b) indžio, c) fosforo, d) stibio priemaiša?
