Что такое полупроводники?

Не все тела одинаково проводят электрику: одни — хоро­шо, вследствие чего и получили название проводники, а другие — почти не проводят — их назвали изоляторами, или диэлектриками.

Однако оказалось, что подавляющее боль­шинство веществ нельзя отнести ни к про­водникам, ни к диэлектрикам. Эту группу веществ назвали полупроводниками и счита­ли, что они практического значения в элект­ричестве не имеют. В самом деле, более поздние исследования показали, что боль­шинство полупроводников практического применения в электричестве не нашли. Тем не менее среди них были выявлены и такие, которые имеют чрезвычайно интересные и важные свойства, что и побуждало к даль­нейшему их изучению, а со временем и к широкому использованию.

Чтобы удостовериться в том, что по удель­ному сопротивлению или электропроводимос­ти полупроводники занимают промежуточ­ное место между хорошими проводниками (например, металлами) и диэлектриками, можно провести опыт, схема которого изобра­жена на рис. 8.1. Берут три одинаковых по размеру тела: из металла (м), полупровод­никового вещества (п/п) и диэлектрика (д). Поддерживая в цепи постоянное напряже­ние, включают поочередно тело из металла, полупроводникового вещества и диэлектрика.

Если к цепи подключено металлическое тело, то сила тока довольно значительна — стрелка амперметра отклоняется до конца шкалы. В случае включения диэлектрика ток в цепи практически отсутствует, а при вклю­чении полупроводника сила тока имеет про­межуточное значение (рис. 8.2).

Рис. 8.1. Сравнение сопротивления или электропроводимости разных веществ

Рис. 8.2. Сила тока в цепи при по­стоянном напряжении

Таким образом, можно сделать вывод, что полупроводники по удельному сопро­тивлению или электропроводимости зани­мают промежуточное место между метал­лами (наилучшими проводниками) и ди­электриками: ρ_М < ρ_П/П < ρ_Д (рис. 8.3).

Тем не менее следует иметь в виду, что четкой границы значений удельного сопро­тивления металлов, полупроводников и ди­электриков нет. Некоторые полупроводники при определенных условиях могут быть по электрическим свойствам близки как к ме­таллам, так и к диэлектрикам.

Иногда слово «полупроводник» связыва­ют с тем, что якобы полупроводники про­водят ток лишь в одном направлении. На самом деле это не совсем так (рис. 8.4).

Если взять тело из полупроводникового вещества и про­пускать через него ток сначала в одном, а потом в противоположном направлении, то значения сил тока в обоих случаях будут одинаковыми.

Рис. 8.3. Сравнение значений удельных сопротивлений и электропроводимостей различных веществ

Рис. 8.4. Полупроводниковые вещества односторонней проводимости не имеют

Существуют полупроводниковые при­боры, например, диоды, которые в самом деле проводят ток практически в одном направлении.

Диод — прибор с двумя электродами, пропускающий ток практически в одном на­правлении.

По каким же признакам из огромного количества веществ, которые существуют в природе или могут быть созданы искусст­венно, выбирают вещества, именуемые се­годня полупроводниками? Необходимо вспомнить, как зависит сопротивление металлических про­водников от температуры. Если взять метал­лический, например железный, проводник и нагревать его в пламени свечи (рис. 8.5, а), то сила тока в цепи будет уменьшаться. Если при этом напряжение на участке цепи поддерживается постоянным, то можно сде­лать вывод, что с повышением температуры сопротивление металлических проводников воз­растает. График такой зависимости изобра­жен на рисунке 8.6.

Если же нагревать полупроводниковое ве­щество (рис. 8.5, б), то сила тока в цепи бу­дет возрастать. Следовательно,

в отличие от металлических проводников, сопротивление которых при нагревании возрастает, сопро­тивление полупроводников уменьшается с по­вышением температуры (по крайней мере, в опреде­ленном интервале).

Именно по этому признаку и выбирают полупроводниковые вещества, которые ис­пользуются в современной технике. Причи­на такой зависимости состоит в том, что при нагревании полупроводников в них рез­ко возрастает количество свободных носите­лей заряда, которые могут образовывать ток. Материал с сайта http://worldof.school

Рис. 8.5. Сравнение зависимости сопро­тивления различных веществ от тем­пературы

Рис. 8.6. Графики зависимости сопро­тивлений металлов и полупроводников от температуры

Уменьшение сопротивления сернистого серебра (Ag₂S) еще в 1833 г. наблюдал вы­дающийся английский ученый М. Фарадей. Сегодня это свойство полупроводников ши­роко используется в приборах, которые на­зываются термисторами.

Термистор (терморезистор) — датчик темпе­ратуры в электрических термометрах, термо­регуляторах и т. п.

Позже, а именно в 1873 г., В. Смит наблюдал изменение сопротивле­ния кристаллического селена при освеще­нии, которое стало основанием для изго­товления фоторезисторов.

Фоторезистор — составная часть прибо­ров для измерения световых величин, вклю­чения света с наступлением темноты или его выключения с восходом солнца (так называемые фотореле).

Исследования показали, что на свойства полупроводников влияют рентгеновские лучи, радиоактивное излучение, магнитные по­ля, механические деформации и др. Со всего сказанного можно сделать вывод:

Полупро­водники — это вещества, по своему удельному сопротивлению занимающие промежуточное положение между проводниками и диэлект­риками. Сопротивление полупроводников при нагревании уменьшается, оно также за­висит от освещения, различных видов излу­чения и т. п.

К полупроводникам относятся некоторые вещества, образованные химическими эле­ментами (силиций, германий, селен и др.), а также оксиды (Cu₂O, Zn и др.), сульфиды (Pb, Ag₂S, Cd и др.) и большое количество естественных и искусственных веществ. Ис­ключительно важные свойства полупровод­ников обусловили их широкое использо­вание в технике.

На этой странице материал по темам:

• Кратко о том что такое проводники

• Проводники диэлектрики полупроводники конспект краткий

• Доклад на тему полупроводники 8 класс

• Полупроводники сообщение 8 класс кратко

• Кратко что такое полупроводники

Вопросы по этому материалу:

• На рис. 8.5 изображены электрические цепи с металлическим и полупроводниковым (термистор) резисторами. Как будут изменя­ться показания гальванометров в обоих случаях, если резисторы подогревать?

• На одну плоскость металлической пластинки нанесено полупро­водниковое вещество, например селен. Как определить эту плос­кость?