Электрический ток в полупроводниках

Слайд 1. Электрический ток в полупроводниках

Слайд 2. Что такое полупроводники?

Полупроводники — это широкий класс веществ, удельное сопротивление которых занимает промежуточное положение между проводниками и диэлектриками.

Главная особенность: способность резко менять свою проводимость при изменении температуры, освещенности или введении ничтожно малого количества примесей. К ним относятся кремний ($Si$), германий ($Ge$), селен ($Se$) и другие элементы.

Слайд 3. Собственная проводимость

При низких температурах полупроводник — идеальный изолятор.

С ростом температуры ковалентные связи разрушаются.

Появляются свободные носители: электроны и «дырки».

Дырка — это вакантное место с избыточным положительным зарядом.

Процесс рождения пары электрон-дырка называется генерацией.

Слайд 4. Зависимость сопротивления от температуры

При нагревании полупроводника его сопротивление уменьшается. Это происходит потому, что тепловая энергия освобождает больше электронов и образует больше «дырок» — носителей заряда. Заряду становится легче двигаться, поэтому ток проходит лучше.

На графике синяя линия показывает сопротивление полупроводника: с ростом температуры она снижается. Красная линия показывает сопротивление металла: при нагревании оно, наоборот, увеличивается.

Слайд 5. Примесная проводимость

Слайд 6. Типы полупроводников

Создается донорной примесью (элементы V группы, например, мышьяк $As$). Основные носители заряда — свободные электроны.

Создается акцепторной примесью (элементы III группы, например, индий $In$). Основные носители заряда — дырки.

Слайд 7. Электронно-дырочный переход

При контакте двух полупроводников разных типов ($p$ и $n$) возникает $p-n$ переход.

В области контакта образуется запирающий слой, обладающий односторонней проводимостью. Это свойство лежит в основе работы большинства современных электронных компонентов.

Слайд 8. Сравнение механизмов проводимости

Слайд 9. Применение полупроводников в различных устройствах и системах

Слайд 10. Солнечная батарея

Солнечная батарея преобразует энергию света непосредственно в электрическую энергию.

Слайд 11. Светодиод

Светодиод превращает электрическую энергию в свет и служит энергоэффективным источником освещения.

Слайд 12. Фоторезистор

Фоторезистор меняет своё сопротивление в зависимости от освещённости. Его применяют в датчиках света и системах безопасности.

Слайд 13. Транзистор

Транзистор усиливает и генерирует сигналы, а также используется в логических операциях электронных устройств.

Слайд 14. Полупроводниковый диод

Диод пропускает ток преимущественно в одном направлении, поэтому используется для выпрямления переменного тока.