В то же время, при освещении и нагревании пластины из германия или кремния, сила тока в цепи возрастает (т.е. сопротивление уменьшается).

Из результатов опыта можно выдвинуть гипотезу, что электропроводность кремния (германия) отличается от электропроводимости металлов. Действительно, исследования показывают, что у ряда элементов (кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS, GaAs и др.) удельное сопротивление с увеличением температуры или освещённости не растет, как у металлов а, наоборот, чрезвычайно резко уменьшается. Такие вещества и называют полупроводниками. Из графика, изображенного на рисунке, видно, что при температурах, близких к абсолютному нулю, удельное сопротивление полупроводников очень велико. Это означает, что при низких температурах полупроводникведет себя как диэлектрик. По мере повышения температуры его удельное сопротивление быстро уменьшается.

Экспериментально было установлено, что электрический ток в полупроводниках не сопровожда­ется переносом вещества - никаких химических изменений с ними не происходит.

В результате чего можно предположить, что носителями тока в этих веществах являются электроны.Вместе с тем, в полупроводниках наблюдается новый тип проводимости, которая по внешним признакам похожа на проводимость, обусловленную движением положительных зарядов.

Для того чтобы выяснить что является носителем электрического тока в полупроводниках рассмотрим внутреннее строение одного из них, например германия.

Германий занимает 32 позицию в периодической таблице Д.И.Менделеева, это значит, что атом германия состоит ________________________________.

Для объяснения электрического тока в полупроводниках нас интересуют только электроны. Итак, в атоме германия их 32 при этом 28 из них сильно связаны с ядром, а 4 слабо. Именно эти электроны участвуют в химических реакциях и обуславливают четыре валентности германия. В кристалле каждый атом германия окружён четырьмя соседями. Соседние атомы германия взаимодействуют друг с другом благодаря паре валентных электронов, образующих парно-электронную или ковалентную связь. Четыре валентных электрона каждого атома образуют ковалентные связи с электронами соседних атомов, поэтому свободные электроны в кристаллах германия отсутствуют. Чем ниже температура кристалла, тем медленнее происходит тепловое колебание решётки. Следовательно, при низких температурах германий ведёт себя как изолятор. При повышении температуры скорость теплового движения молекул возрастает и валентные электроны приобретают достаточно большую кинетическую энергию в результате чего, многие из них могут покинуть ковалентную связь между атомами и стать свободными. При создании электрического поля они перемещаются против поля и создают электрический ток. Проводимость, обусловленная перемещением свободных электронов, называется электронной.

Когда электрон покидает ковалентную связь одной пары атомов, то эта связь в паре остаётся незаполненной. Отсутствие электронов в атоме полупроводника, обуславливает наличие в атоме положительного заряда, который называют дыркой.

Вместе с тем, мы уже неоднократно говорили о том, что природа «пустоты не терпит», именно поэтому, электрон из соседней ковалентной связи может переместиться на вакантное место в той связи из которой электрон ушёл, а на его место может прийти другой электрон и так далее. Такой процесс возможен ещё и потому, что атом с дыркой имеет положительный заряд и может притянуть к себе электрон из соседнего атома. Таким образом, дырки тоже могут перемещаться, но в направлении противоположном движению электронов, такая проводимость называется дырочной.

Следовательно в полупроводниках носителями электрического заряда могут быть и электроны и дырки. Именно дырки являются тем новым типом проводимости, который был обнаружен учёными экспериментально.Рассмотренную нами проводимость электрического тока полупроводниками называют собственной проводимостью полу-

6 TKUDfY8NvoynookZjmeXlAd3WJyFrpvxieBiuUxu2FqWhUtza3kEj6xG/dxt75mzvc4CyvMKDh32 RGudb4w0sFwHkE0S4pHXnm9syySY/gmJff94nbyOD93iFwAAAP//AwBQSwMEFAAGAAgAAAAhAPCn flbZAAAABgEAAA8AAABkcnMvZG93bnJldi54bWxMjsFOwzAQRO9I/IO1SL1Rpy2CKsSpoFKlqpxI 4e7E2zg0Xkexm6Z/z+YEp9FoRjMv24yuFQP2ofGkYDFPQCBV3jRUK/g67h7XIELUZHTrCRXcMMAm v7/LdGr8lT5xKGIteIRCqhXYGLtUylBZdDrMfYfE2cn3Tke2fS1Nr6887lq5TJJn6XRD/GB1h1uL 1bm4OAV+91GaF3s8779/9tSUxftwOFmlZg/j2yuIiGP8K8OEz+iQM1PpL2SCaNkvuDjJEsQUP61A lKzrFcg8k//x818AAAD//wMAUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAOSZw8D7AAAA4QEAABMAAAAAAAAAAAAA AAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAI7Jq4dcAAACUAQAACwAA AAAAAAAAAAAAAAAsAQAAX3JlbHMvLnJlbHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAJi9X6X4CAAAwBQAADgAA AAAAAAAAAAAAAAAsAgAAZHJzL2Uyb0RvYy54bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEA8Kd+VtkAAAAGAQAA DwAAAAAAAAAAAAAAAADWBAAAZHJzL2Rvd25yZXYueG1sUEsFBgAAAAAEAAQA8wAAANwFAAAAAA== " fillcolor="black [3200]" strokecolor="black [1600]" strokeweight="2pt"/>- электроны; - дырки проводников.

Собственная проводимость полупроводников обычно невелика. Это объясняется тем, что при комнатной температуре число свободных электронов составляет примерно одну десятимиллиардную часть от общего числа атомов. Поэтому чистые полупроводники в технике практически не применяются. Однако у полупроводников существует особенность. При введении в полупроводник примесей увеличивается количество носителей электрического заряда следовательно, проводимость полупроводников возрастает. Так, введение в германий всего лишь 0, 001 % бора (В) увеличивает его приводимость при комнатной температуре примерно в 1000 раз. Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники – примесными полупроводниками.

Различают два вида примесей: донорные и акцепторные.

Мы уже отмечали, что при введении в кристалл германия небольшое количество бора проводимость полупроводника увеличивается. Давай рассмотрим, почему это происходит. Бор имеет три валентных электрона и поэтому он образует ковалентную связь только с тремя соседними атомами германия. Для образования связи с четвёртым атомом электрона не хватает, поэтому образуется дырка. Таким образом, каждый атом бора создаст одну дырку (см. рис.). Примеси такого рода называют акцепторными примесями (принимающими). При наличии электрического поля дырки перемещаются в кристалле упорядоченно и возникает дырочная проводимость. Полупроводник с преимущественно дырочной проводимостью называют полупроводниками р-типа (от лат. Positive- положительный). Основными носителями заряда в проводнике р-типа являются дырки, а не основными – электроны.

Если в кристалл германия добавить немного пятивалентного фосфора, то характер проводимости полупроводника изменится. Из пяти валентных электронов четыре устанавливают связи с атомами германия, а пятый настолько слабо связан с ядром атома фосфора, что легко его покидает и становится свободным. В результате каждый атом примеси отдаст по одному электрону, но дырка при этом образовываться не будет (см. рис.) Примеси легко отдающие электроны называют донорнымипримесями (отдающими). Полупроводники с донорными примесями обладают намного большим числом электронов, чем дырок, поэтому их называют полупроводниками n-типа (от лат. Negative – отрицательный). Основными носителями заряда в полупроводниках n-типа являются электроны, а не основными дырки.

Полупроводники р – типа и n-типа обладают достаточно хорошей проводимостью, однако на практике наибольшее применение получили приборы, в которых наблюдается контакт этих двух типов полупроводников. Данный контакт (вернее место контакта) носит название электронно-дырочного или р – n-перехода. При данном контакте приборы получают свойство хорошо проводить электрический ток в одном направлении и практически не проводят его в противоположном. Данное явление получило название односторонней проводимости.

Свойства р – n-перехода используют для изготовления разнообразных полупроводниковых приборов: диодов ( в электрических схемах полупроводниковый диод обозначается ), транзисторов, без которых сегодня не может работать ни одно электронное устройство. Данный переход используется в солнечных батареях для преобразования солнечной энергии в электрическую.

Зависимость сопротивления полупроводников от температуры используется в специальных приборах – терморезисторах или термисторах. Первый полупроводниковый терморезисторбылизобретёнСамюэлемРубеномв1930году. Современные термисторы изготавливаются с номинальным сопротивлением (при 20 ° С) от 1 до 200кОм. В зависимости от типа терморезисторы применяются для измерения температур от -100 до 120 – 600 ° С. Их чувствительность в 6 – 10 раз больше, чем чувствительность металлического терморезистора. Кроме того, полупроводниковые термисторы имеют значительно меньшие массы и размеры.

Термисторы применяются для измерения температуры в тех случаях, когда не требуется высокая точность, но нужно измерить температуру малых объектов, обладающих малой теплоемкостью. Они широко используются, например, в биологии. С помощью термистора, смонтированного на острие иглы, можно измерить температуру внутренних органов живого организма. Широкое применение термисторы находят в различных приборах для поддержания постоянной температуры в автоматических устройствах.

Зависимость сопротивления полупроводников от освещённости используют в фоторезисторах. Фоторезисторы применяются в автоматах для сортировки, счета и контроля качества готовой продукции.Их используют в полиграфии для выявления обрывов бумажной ленты и контроля количества листов, подаваемых в печатную машинку. Также фоторезистор осуществляет контроль уровня жидкости и сыпучих тел, защищает персонал от входа в опасные зоны. Отвечают за работу автоматических выключателей уличного освещения, приборов за контролем задымленности помещений, турникетов в метрополитене и т.д.

Современной разработкой инженеров является органический светодиод (англ. Organic Light-Emitting Diode (OLED) – органический светоизлучающий диод) – полупроводниковый прибор, изготовленный из органических соединений, который эффективно излучает свет, если пропустить через него электрический ток. На сегодняшний день OLED-технология применяется многими разработчиками узкой направленности, например, для создания приборов ночного видения. Органические дисплеи встраиваются в телефоны, цифровые фотоаппараты, автомобильные бортовые компьютеры, коммерческие OLED-телевизоры, выпускаются небольшие OLED-дисплеи для цифровых индикаторов, лицевых панелей автомагнитол, MP3-плееров и т. д.

Домашнее задание:

1. В чём состоит отличие полупроводника от диэлектриков и металлов? ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

2. Каким образом можно установить, в каком из двух различных термометров сопротивления применяется металлический проводник, в каком - полупроводник. _______________________________________

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

3. Заполни схему:

Проводимость полупроводников

 

 

4. Подготовь информацию о применении полупроводниковых приборов, о которых не было сказано в параграфе.

5. Благодаря каким свойствам полупроводники получили широкое применение в науке и технике? __________________________________

_________________________________________________________________________________________________________________________.

6. Попробуй объяснить процессы изображённые на рисунке.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________.

 

 

15. Электрический ток в жидкостях.

 

Как показывает практика, проводниками электрического тока может быть не только металлы и полупроводники, но и растворы многих веществ.

Опыт: составим электрическую цепь из источника тока, ключа, лампочки и двух угольных электродов. Поместим угольные электроды в сосуд, заполненный поваренной солью. Замкнём цепь. Лампочка не загорелась, вывод: ___________________________________________. Опустим угольные электроды в сосуд, заполненный дистиллированной водой. Снова замкнём цепь. Лампочка не загорелась, вывод: ________________________________.

Насыпаем соль в воду и замыкаем цепь. Лампочка загорелась, вывод: ______________________________________________________________.

Рассмотрим процесс образования заряженных частиц в полученном растворе. В 1888 году шведский учёный Сванте Август Арренниус выдвинул гипотезу, которая была подтверждена опытным путём. Согласно этой теории если соль, щёлочь или кислоту растворить в воде, то эти вещества будут дробиться до молекул, а часть молекул распадётся на свои составные части. Эти части, обладающие электрическим зарядом назвали ионами («ион» в переводе с греческого – идущий).

Из курса химии ты знаешь, что процесс распада молекул некоторых веществ на ионы под действием молекул растворителя называют электролитической диссоциацией (от латинского dissociation – разъединение).

В нашем опыте молекулы соли распадаются на ионы Na⁺ и ионы Cl^-. Ионы натрия движутся к электроду, который соединён с отрицательным полюсом источника тока (катоду), а ионы хлора к положительному электроду (аноду). Именно поэтому в растворе возникает направленное движение свободных заряженных частиц – электрический ток.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. A. обеспечение выполнения расписания движения, корректировка движения в случае необходимости, оказание техпомощи ПС на линии, принятие мер в случае ДТП и др.
2. A. эксплуатируемые вручную или с применением ручного труда; без применения ручного труда (механические, автоматические и др.).
3. B. Специфика восприятия выразительных средств театра
4. E) представленные в Мажилисе Парламента
5. Extended Primitives-расширенные примитивы
6. I ) При нейтральной оси в полке.
7. I. Заполнение фрагмента «Талон приема»
8. I. Общие сведения о воспитательном мероприятии
9. I. Прием и отправление поездов
10. I. Принятие нормативных актов органами государства.
11. I. Ранняя философия древнегреческого Востока и Запада
12. I. СИЛА БЕЗМОЛВИЯ В СИМПТОМАХ