ПОЛУПРОВОДНИКИ, широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности а, промежуточными между электропроводностью металлов (о~106 - 104ом-1 см-1) и хороших диэлектриков (о<=10-10-10-12ом-1см-1, электропроводность указана при комнатной темп-ре). Характерной особенностью П., отличающей их от металлов, является возрастание электропроводности а с ростом темп-ры, причём, как правило, в достаточно широком интервале темп-р возрастание происходит экспоненциально:
Здесь k - Больцмана постоянная, ЕА -энергия активации электронов в П., о0 - коэфф. пропорциональности (в действительности зависит от темп-ры, но медленнее, чем экспоненциальный множитель). С повышением темп-ры тепловое движение разрывает связи электронов, и часть их, пропорциональная ехр (-ЕA/kT), становится свободными носителями тока.
Связь электронов может быть разорвана не только тепловым движением, но и различными внешними воздействиями: светом, потоком быстрых частиц, сильным электрич. полем и т. д. Поэтому для П. характерна высокая чувствительность электропроводности к внешним воздействиям, а также к содержанию примесей и дефектов в кристаллах, поскольку во многих случаях энергия ЕА для электронов, локализованных вблизи примесей или дефектов, существенно меньше, чем в идеальном кристалле данного П. Возможность в широких пределах управлять электропроводностью П. изменением темп-ры, введением примесей и т. д. является основой их многочисл. и разнообразных применений.
Полупроводники и диэлектрики. Классификация полупроводников. Различие между П. и диэлектриками является скорее количественным, чем качественным. Формула (1) относится в равной мере и к диэлектрикам, электропроводность к-рых может стать заметной при высокой темп-ре. Точнее было бы говорить о полупроводниковом состоянии неметаллич. веществ. не выделяя П. в особый класс, а к истинным диэлектрикам относить лишь такие, у к-рых в силу больших значений ЕА и малых о0 электропроводность могла бы достигнуть заметных значений только при темп-pax, при к-рых они полностью испаряются.
Однако термин "П." часто понимают в более узком смысле, как совокупность неск. наиболее типичных групп веществ, полупроводниковые свойства к-рых чётко выражены уже при комнатной темп-ре (300 К). Примеры таких групп:
1) Элементы IV группы периодической системы элементов Менделеева германий и кремний, к-рые как П. пока наиболее полно изучены и широко применяются в полупроводниковой электронике. Атомы этих элементов, обладая 4 валентными электронами, образуют кристаллические решётки типа алмаза с ковалентной связью атомов. Сам алмаз также обладает свойствами П., однако величина ЕАдля него значительно больше, чем у Ge и Si, и поэтому при Т = 300К его собственная (не связанная с примесями или внешними воздействиями) электропроводность весьма мала.
2) Алмазоподобные П. К ним относятся соединения элементов III группы периодич. системы (Al, Ga, In) с элементами V группы (Р, As, Sb), наз. П. типа АIII Bv (GaAs, InSb, GaP, InP и т. п.). Атомы III группы имеют 3 валентных электрона, а V группы - 5, так что среднее число валентных электронов, приходящееся на 1 атом, в этих соединениях равно 4 (как и у Ge и Si). Каждый атом образует 4 валентные связи с ближайшими соседями, в результате чего получается кристаллическая решётка, подобная решётке алмаза с той лишь разницей, что ближайшие соседи атома АIII - атомы Bv, а соседи атома Bv-атомы АIII. За счёт частичного перераспределения электронов атомы АIII и Bv в такой структуре оказываются разноимённо заряженными. Поэтому связи в кристаллах AIII Bv не полностью ковалентные, а частично ионные (см. Ионная связь). Однако ковалентная связь в них преобладает и определяет структуру, в результате чего эти кристаллы по многим свойствам являются ближайшими аналогами Ge и Si.
Соединения элементов II и VI групп периодич. системы - AIIBVI (ZnTe, ZnSe, CdTe, CdS и т. п.) также имеют в среднем 4 валентных электрона на 1 атом, но ионная связь у них более сильно выражена. У некоторых из них ковалентная связь преобладает над ионной, у других она слабее, но и те и другие обладают свойствами П., хотя и не столь ярко выраженными, как в предыдущих группах.
Представление о "средней четырёхва-лентности" и "алмазоподобных" П. оказалось плодотворным для поиска новых П., напр, типа AIIBIVC2v (ZnSnP2, CdGeAs2 и т. п.). Многие из алмазоподоб-ных П. образуют сплавы, к-рые также являются П., напр. Ge-Si, GaAs-GaP и др.
3) Элементы VI и V групп и их аналоги. Элементы VI группы Те и Se как П. были известны раньше, чем Ge и Si, причём Se широко использовался в выпрямителях электрич. тока и фотоэлементах. Элементы V группы As, Sb и Bi - полуметаллы, по свойствам близкие к П., а их ближайшие аналоги -соединения типа AIVBVI (PbS, PbTe, SnTe, GeTe и т. п.), имеющие в среднем по 5 валентных электронов на атом, образуют одну из наиболее важных групп П., известную в первую очередь применением PbS, PbSe и PbTe в качестве приёмников инфракрасного излучения. Вообще среди соединений элементов VI группы (О, S, Se, Те) с элементами I-V групп очень много П. Большинство из них мало изучены. Примером более изученных и практически используемых могут служить Си2О (купроксные выпрямители) и Bi2Te3 (термоэлементы).
4) Соединения элементов VI группы с переходными
или редкоземельными металлами (Ti, V, Mn, Fe, Ni, Sm, Eu и т. п.). В этих П. преобладает ионная связь. Большинство из них обладает той или иной формой магнитного упорядочения (ферромагнетики или аптиферромагнетики). Сочетание полупроводниковых и магнитных свойств и их взаимное влияние интересно как с теоретич. точки зрения, так и для многих практич. применений. Нек-рые из них (V2О3, Fе3O4, NiS, EuO и др.) могут переходить из полупроводникового состояния в металлическое, причём превращение это происходит очень резко при изменении темп-ры.
5) Органические П. Многие органич. соединения также обладают свойствами П. Их электропроводность, как правило, мала (o~10-10ом-1см-1) и сильно возрастает под действием света. Однако нек-рые органич. П. (кристаллы кполимеры на основе соединений тетрацианхинодиметана TCNO, комплексы на основе фталоцианина, перилена, виолант-рена и др.) имеют при комнатной темп-ре 0, сравнимую с проводимостью хороших неорганич. П.
Электроны и дырки в полупроводниках. Т. к. в твёрдом теле атомы или ионы сближены на расстояние ~ атомного радиуса, то в нём происходят переходы валентных электронов от одного атома к другому. Такой электронный обмен может привести к образованию ковал ентной связи. Это происходит в случае, когда электронные оболочки соседних атомов сильно перекрываются и переходы электронов между атомами происходят достаточно часто. Эта картина полностью применима к такому типичному П., как Ge. Все атомы Ge нейтральны и связаны друг с другом ковалентной связью. Однако электронный обмен между атомами не приводит непосредственно к электропроводности, т. к. в целом распределение электронной плотности жёстко фиксировано: по 2 электрона на связь между каждой парой атомов - ближайших соседей. Чтобы создать проводимость в таком кристалле, необходимо разорвать хотя бы одну из связей (нагрев, поглощение фотона и т. д.), т. е., удалив с неё электрон, перенести его в к.-л. др. ячейку кристалла, где все связи заполнены и этот электрон будет липшим. Такой электрон в дальнейшем свободно может переходить из ячейки в ячейку, т. к. все они для него эквивалентны, и, являясь всюду лишним, он переносит с собой избыточный отрицат. заряд, т. е. становится электроном проводимости. Разорванная же связь становится блуждающей по кристаллу дыркой, поскольку в условиях сильного обмена электрон одной из соседних связей быстро занимает место ушедшего, оставляя разорванной ту связь, откуда он ушёл. Недостаток электрона на одной из связей означает наличие у атома (или пары атомов) единичного положительного заряда, к-рый, таким образом, переносится вместе с дыркой.
В случае ионной связи перекрытие электронных оболочек меньше, электронные переходы менее часты. При разрыве связи также образуются электрон проводимости и дырка - лишний электрон в одной из ячеек кристалла и некомпенсированный положит/ заряд в др. ячейке. Оба они могут перемещаться по кристаллу, переходя из одной ячейки В другую.
Наличие двух разноимённо заряженных типов носителей тока - электронов и дырок является общим свойством П. и диэлектриков. В идеальных кристаллах эти носители появляются всегда парами -возбуждение одного из связанных электронов и превращение его в электрон проводимости неизбежно вызывает появление дырки, так что концентрации обоих типов носителей равны. Это не означает, что вклад их в электропроводность одинаков, т. к. скорость перехода из ячейки в ячейку (подвижность) у электронов и дырок может быть различной (см. ниже). В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться, так что электропроводность осуществляется практически только одним типом носителей (см. ниже).
Зонная структура полупроводников. Полное и строгое описание природы носителей тока в П. и законов их движения даётся в рамках квантовой теории твёрдого тела, осн. результаты к-рой могут быть сформулированы следующим образом:
а) В кристаллах энергетический спектр электронов состоит из интервалов энергий, сплошь заполненных уровнями энергии (разрешённые зоны) и разделённых друг от друга интервалами, в к-рых электронных уровней нет (з а-прещённые зоны) (рис. 1).
Рис. 1. Заполнение энергетических зон при абсолютном нуле температуры: а - в диэлектриках; 6 - в металлах: разрешённые зоны заштрихованы, заполненные зэны или их части заштрихованы дважды.
б) Различные состояния электрона в пределах каждой зоны характеризуются, помимо энергии, квазиимпульсом р, принимающим любые значения в пределах нек-рых ограниченных областей в импульсном пространстве (р-простран-стве), наз. зонами Бриллюэна. Форма и размеры зоны Бриллюэна определяются симметрией кристалла и его межатомными расстояниями d. Величина Рмакс ~< h/d, где h-Планка постоянная. Уравнение движения электрона проводимости в кристалле похоже на уравнение движения электрона в вакууме с той, однако, существенной разницей, что соотношения Е =р2/2m0 и vp = р/m0 (m0-масса свободного электрона, Е - его энергия, р - импульс, v - скорость) заменяются более сложной и индивидуальной для каждого кристалла и каждой его энергетич. зоны зависимостью Е(р): vр = dEp\dp.
в) При абс. нуле темп-ры электроны заполняют наинизшие уровни энергии. В силу Паули принципа в каждом состоянии, характеризующемся определённой энергией, квазиимпульсом и одной из двух возможных ориентации спина, может находиться только один электрон. Поэтому в зависимости от концентрации электронов в кристалле они заполняют неск. наинизших разрешённых зон, оставляя более высоко лежащие зоны пустыми. Кристалл, у к-рого при Т=0К часть нижних зон целиком заполнена, а более высокие зоны пусты, является диэлектриком или П. (рис. 1, а), металл возникает лишь в том случае, если хотя бы одна из разрешённых зон уже при Т - 0К заполнена частично (рис. 1, б).
В П. и диэлектриках верхние из заполненных разрешённых зон наз. валентными, а наиболее низкие из незаполненных - зонами проводимости. При Т > 0К тепловое движение "выбрасывает" часть электронов из валентной зоны в зону проводимости (т. е. разрушает часть химич. связей; см. выше). В валентной зоне при этом появляются дырки (рис. 2).
Рис. 2. Заполнение энергетических зон в полупроводнике: показаны только валентная зона и зона проводимости; чёрные кружочки -электроны в зоне проводимости, белые - дырки в валентной зоне.
Носители тока в П. сосредоточены, как правило, в довольно узких областях энергий: электроны - вблизи нижнего края (дна) зоны проводимости Ес, на энергетич. расстояниях ~kT от неё (kT - энергия теплового движения); дырки - в области такой же ширины вблизи верхнего края (потолка) валентной зоны Еv. Даже при самых высоких темп-рах (~ 1000°) kT~0,1 эв, а ширина разрешённых зон обычно порядка 1 -10 эв. В этих узких областях ~kT сложные зависимости Е(р), как правило, принимают более простой вид. Напр., для электронов вблизи дна зоны проводимости:
Здесь индекс " нумерует оси координат, P0i - квазиимпульсы, соответствующие Еc в зоне проводимости или Еv в валентной зоне. Коэфф. тэназ. эффективными массами электронов проводимости. Они входят в уравнение движения электрона проводимости подобно та в уравнении движения свободного электрона. Всё сказанное справедливо для дырок валентной зоны, где
Эффективные массы электронов m и дырок mд не совпадают с m0 и, как правило, анизотропны. Поэтому в разных условиях один и тот же носитель ведёт себя как частица с разными эффективными массами. Напр., в электрич. поле Е, направленном вдоль оси oz, он ускоряется, как частица с зарядом е и массой тэг, а в магнитном поле Н, направленном вдоль oz, движется по эллипсу в плоскости, перпендикулярной H с циклотронной частотой:
С квантовой точки зрения такое цик-лич. движение электронов и дырок в кристалле с частотой wс означает наличие уровней энергии (так называемых уровней Ландау), отстоящих друг от друга на hwс. Значения эффективных масс электронов и дырок в разных П. варьируются от сотых долей то до сотен та.
Ширина запрещённой зоны ДE (миним. энергия, отделяющая заполненную зону от пустой) также колеблется в широких пределах. Так, при Т -> 0К ДЕ = 0,165эв в PbSe, 0,22 эв в InSb, 0,33эв в Те, 0,745эв в Ge, 1,17эв в Si, 1,51 эв в GaAs, 2,32эв в GaP, 2,58 эв в CdS, 5,6 эв в алмазе, а серое олово является примером П., у к-рого ДЕ = 0, т. е. верхний край валентной зоны точно совпадает с нижним краем зоны проводимости (полуметалл). Более сложные соединения и сплавы П., близких по структуре, позволяют найти П. с любым ДЕ от 0 до 2-3 эв.
Рис. 3. Схема энергетических зон Ge; ДЕ -ширина запрещённой зоны, L, Т и Д - три минимума зависимости Е(р) в зоне проводимости вдоль осей [100] (А и Г) и [111] (L).
Зонная структура наиболее полно изучена для алмазоподобных П., в первую очередь Ge, Si и соединений AIIIBV; многое известно для Те, соединений A1VBVI и др. Весьма типичной является зонная структура Ge (рис. 3), у к-рого вблизи своего верхнего края соприкасаются две валентные зоны. Это означает существование двух типов дырок - тяжёлых и лёгких с эффективными массами 0,Зm0 и 0,04т0. На 0,3 эв ниже расположена ещё одна валентная зона, в к-рую, однако, как правило, дырки уже не попадают. Для зоны проводимости Ge характерно наличие трёх типов минимумов функции Е(р) : L, Г и Д. Наинизший из них -L-минимум, расположенный на границе зоны Бриллюэна в направлении кристал-лографич. оси [111]. Расстояние его от верхнего края валентной зоны и есть ширина запрещённой зоны ДЕ = 0,74 эв (при темп-pax, близких к абс. нулю; с ростом темп-ры ДЕ несколько уменьшается). Эффективные массы вблизи L-мини-мума сильно анизотропны: 1,6 то для движения вдоль направления [111] и 0,08 т0для перпендикулярных направлений. Четырём эквивалентным направлениям [111] (диагонали куба)в кристалле Ge соответствуют 4 эквивалентных L-ми-нимума. Минимумы Г и Д расположены соответственно при р = 0 и в направлении оси [100], по энергии выше L -минимума на 0,15 эв и 0,2 эв. Поэтому количество электронов проводимости в них, как правило, гораздо меньше, чем в L-минимуме.
Зонные структуры др. алмазоподобных П. подобны структуре Ge с нек-рыми отличиями. Так, в Si, GaP и алмазе наинизшим является Д-минимум, а в InSb, InAs, GaAs - Г-минимум, причём для последнего характерны изотропные и весьма малые эффективные массы (0,013 т0 в InSb и 0,07 т0 в GaAs). Структуры валентных зон у многих алмазоподобных П. подобны, но могут существенно отличаться от П. др. групп.
Некристаллические полупроводники. В жидких, аморфных и стеклообразных П. отсутствует идеальная кристаллич. упорядоченность атомов, но ближайшее окружение каждого атома приблизительно сохраняется (см. Дальний порядок и ближний порядок). Однако ближний порядок не всегда бывает таким же, как и в кристаллич. фазе того же вещества. Так, в ковалентных П. (Ge, Si, AlIBv) после плавления у каждого атома становится не по 4 ближайших соседа, а по 8, по той причине, что ковалентные связи, весьма чувствительные как к расстоянию между атомами, так и к взаимной ориентации связей, разрушаются интенсивным тепловым движением атомов в жидкости. В результате такой перестройки ближнего порядка все эти вещества в расплавах становятся металлами (см. Жидкие металлы).
Однако в др. П. (Те, Se, AIVBVI и др.) ближний порядок при плавлении, по-видимому, не изменяется и они остаются П. в расплавах (см. Жидкие полупроводники). В применении к ним, а также к аморфным П. представления зонной теории требуют существенных изменений и дополнений. Отсутствие строгой упорядоченности в расположении атомов создаёт локальные флуктуации плотности и межатомных расстояний, к-рые делают не вполне одинаковыми энергии электрона вблизи разных атомов одного и того же сорта. Это затрудняет переход электрона от атома к атому, т. к. такие переходы связаны теперь с изменением энергии. Это обстоятельство не приводит к к.-л. качественным изменениям для носителей, энергии к-рых лежат в разрешённых зонах довольно далеко от их краёв, поскольку они имеют достаточно большие энергии для того, чтобы сравнительно легко преодолевать энергетич. барьеры между разными атомами одного сорта. Однако картина качественно изменяется для носителей с энергиями вблизи краёв зон. У них уже не хватает энергии для преодоления разностей энергии между соседними атомами и поэтому они могут стать локализованными, т. е. потерять способность перемещаться. В результате возникают электронные уровни в диапазоне энергий, к-рый в кристалле соответствовал бы запрещённой зоне. Находящиеся на этих уровнях электроны локализованы вблизи соответствующих флуктуации, и к ним уже неприменимы такие понятия зонной теории, как квазиимпульс и др. Меняется и само понятие запрещённой зоны: теперь уже эта область энергий также заполнена электронными состояниями, однако природа этих состояний иная, чем в разрешённых зонах, -они локализованы (псевдозапрещённая зона).
Оптические свойства полупроводников. Со структурой энергетич. зон П. связан механизм поглощения ими света. Самым характерным для П. процессом поглощения является собственное поглощение, когда один из электронов валентной зоны с квазиимпульсом р, поглощая квант света, переходит в незаполненное состояние к.-л. из зон проводимости с квазиимпульсом р‘. При этом энергия фотона hw (w = 2пс/Х) (w - частота света, X - его длина волны) связана с энергиями электрона в начальном Ен и конечном Ек состояниях соотношением:
а для квазиимпульсов имеет место закон сохранения, аналогичный закону сохранения импульса:
где q - волновой вектор фотона. Импульс фотона q практически пренебрежимо мал по сравнению с квазиимпульсами электронов. Поэтому справедливо приближённое равенство ~р‘~=р.
Собственное поглощение света невозможно при энергии фотона hw, меньшей ширины запрещённой зоны ДЕ (минимальная энергия поглощаемых квантов hw = ДЕ наз. порогом или краем поглощения). Это означает, что для длин волн
чистый П. прозрачен. Строго говоря, минимальная энергия квантов, поглощаемых данным П., может быть >ДЕ, если края зоны проводимости Ес и валентной зоны Еv соответствуют различным р. Переход между ними не удовлетворяет требованию р = р‘, в результате чего поглощение начинается с больших hw, т. е. с более коротких длин волн (для Ge переходы в Г-минимум зоны проводимости, см. рис. 3).
Однако переходы, для к-рых р не= р‘, всё же возможны, если электрон, поглощая квант света, одновременно поглощает или испускает фонон. Если частота фонона wк, а импульс равен р - р‘, то закон сохранения энергии имеет вид:
Т. к. энергии фононов малы (wк~ ~ 10~2 эв) по сравнению с ДЕ, то их вклад в (8) мал. Оптич. переходы, в к-рых электрон существенно изменяет свой квазиимпульс, наз. непрямыми, в отличие от прямых, удовлетворяющих условию р = р‘. Необходимость испускания или поглощения фонона делает непрямые переходы значительно менее вероятными, чем прямые. Поэтому показатель поглощения света К, обусловленный непрямыми переходами, порядка 103см-1, в то время как в области прямых переходов показатель поглощения достигает 105см-1. Тем не менее у всех П., где края зоны проводимости и валентной зоны соответствуют разным р, есть область X вблизи Хмакс, где наблюдаются только непрямые переходы.
Показатель поглощения света в П. определяется произведением вероятности поглощения фотона каждым электроном на число электронов, способных поглощать кванты данной энергии. Поэтому изучение частотной зависимости показателя поглощения даёт сведения о распределении плотности электронных состояний в зонах. Так, вблизи края поглощения в случае прямых переходов показатель поглощения пропорционален
Наличие в спектре поглощения П. широких и интенсивных полос в области Йсо порядка ДЕ показывает, что большое число валентных электронов слабо связано. Т. к. слабая связь легко деформируется внешним электрич. полем, то это обусловливает высокую поляризуемость кристалла. И действительно, для многих П. (алмазоподобные, AIVBVI и др.) характерны большие значения диэлектрической проницаемости е. Так, в Ge e = 16, в GaAs e = 11, в РbТе e = = 30. Благодаря большим значениям е кулоновское взаимодействие заряженных частиц, в частности электронов и дырок, друг с другом или с заряженными примесями, сильно ослаблено, если они находятся друг от друга на расстоянии, превышающем размеры элементарной ячейки, что и позволяет во многих случаях рассматривать движение каждого носителя независимо от других. Иначе свободные носители тока имели бы тенденцию образовывать комплексы, состоящие из электрона и дырки или заряженной примесной частицы с энергиями связи ~10 эв. Разорвать эти связи за счёт теплового движения, чтобы получить заметную электропроводность, при температурах ~ 300К было бы практически невозможно, однако попарное связывание электронов и дырок в комплексы всё же происходит, но связь эта слаба (Есв~10~2 эв) и легко разрушается тепловым движением. Такие связанные состояния электрона и дырки в П., наз. экситонами, проявляются в спектрах поглощения в виде узких линий, сдвинутых на величину Есв от края поглощения в сторону энергий, меньших энергий фотона. Экситоны образуются, когда электрон, поглотивший квант света и оставивший дырку на своём месте в валентной зоне, не уходит от этой дырки, а остаётся вблизи неё, удерживаемый кулоновским притяжением.
Прозрачность П. в узкой области частот вблизи края собственного поглощения можно изменять с помощью внешних магнитных и электрич. полей. Электрич. поле, ускоряя электроны, может в процессе оптич. перехода передать ему дополнит. энергию (малую, т. к. время перехода очень мало), в результате чего становятся возможными переходы из валентной зоны в зону проводимости под действием квантов с энергией, несколько меньшей ДЕ. Чёткий край области собственного поглощения П. при этом слегка размывается и смещается в область меньших частот.
Магнитное поле изменяет характер электронных состояний, в результате чего частотная зависимость показателя поглощения вместо плавной зависимости
пиков поглощения, связанных с переходами электрона между уровнями Ландау валентной зоны и зоны проводимости. Наряду с собственным поглощением П. возможно поглощение света свободными носителями, связанное с их переходами в пределах зоны. Такие внутризонные переходы происходят только при участии фононов. Вклад их в поглощение мал, т. к. число свободных носителей в П. всегда очень мало по сравнению с полным числом валентных электронов. Поглощение свободными носителями объясняет поглощения излучения с hw < ДЕ в чистых П. В магнитном поле становятся возможными переходы носителей между уровнями Ландау одной и той же зоны, к-рые проявляются в виде резкого пика в частотной зависимости показателя поглощения на циклотронной частоте wс (см. Циклотронный резонанс). В полях ~ 103-105 э при эффективной массе ~(1- 0,01)т0 wc = 1010-1013сек-1, что соответствует сверхвысоким частотам или далёкому инфракрасному диапазону.
В П. с заметной долей ионной связи в далёкой инфракрасной области спектра (hw~10-2 эв) наблюдаются полосы поглощения, связанные с возбуждением (фотонами ) колебаний разноимённо заряженных ионов друг относительно друга.
Роль примесей и дефектов в полупроводниках. Электропроводность П. может быть обусловлена как электронами собственных атомов данного вещества (собственная проводимость), так и электронами примесных атомов (примесная проводимост ь). Наряду с примесями источниками носителей тока могут быть и различные дефекты структуры, напр, вакансии, междоузельные атомы, а также недостаток или избыток атомов одного из компонентов в полупроводниковых соединениях (отклонения от стехиометрич. состава), напр, недостаток Ni в NiO или S в PbS.
Рис. 4. Электронные переходы, создаю-‘ щие электропроводность в полупроводнике: 1-ионизация доноров (проводимость п-типа); 2 - захват валентных электронов акцепторами (проводимость р-типа); 3 - рождение электронно-дырочных пар (собственная проводимость); 4 - компенсация примесей.
Примеси и дефекты делятся на доноры и акцепторы. Доноры отдают в объём П. избыточные электроны и создают таким образом электронную проводимость (п-типа). Акцепторы захватывают валентные электроны вещества, в к-рое они внедрены, в результате чего создаются дырки и возникает дырочная проводимость (р-типа) (рис. 4). Типичные примеры доноров-примесные атомы элементов V группы (Р, As, Sb) в Ge и Si. Внедряясь в кристаллич. решётку, такой атом замещает в одной из ячеек атом Ge. При этом 4 из 5 его валентных электронов образуют с соседними атомами Ge ковалентные связи, а 5-й электрон оказывается для данной решётки члишним", т. к. все связи уже насыщены. Не локализуясь ни в одной элементарной ячейке, он становится электроном проводимости. При этом примесный атом однократно положительно заряжен и притягивает электрон, что может привести к образованию связанного состояния электрона с примесным ионом. Однако эта связь очень слаба из-за того, что электростатич. притяжение электрона к примесному иону ослаблено большой поляризуемостью П., а размеры области вблизи примеси, в к-рой локализован электрон, в десятки раз превышают размер элементарной ячейки кристалла. Энергия ионизации примеси ~0,01 эв в Ge и ~0,04 эв в Si, даже при темп-ре 77 К большинство примесей ионизовано, т. е. в П. имеются электроны проводимости с концентрацией, определяемой концентрацией донорных примесей.
Аналогично атомы элементов III группы (В, Al, Ga, In) - типичные акцепторы в Ge и Si. Захватывая один из валентных электронов Ge в дополнение к своим 3 валентным электронам, они образуют 4 ковалентные связи с ближайшими соседями -атомами Ge - и превращаются в отрицательно заряженные ионы. В месте захваченного электрона остаётся дырка, к-рая так же, как электрон вблизи донорного иона, может быть удержана в окрестности акцепторного иона кулоновским притяжением к нему, однако на большом расстоянии и с очень малой энергией связи. Поэтому при не очень низких темп-рах эти дырки свободны.
Такие же рассуждения объясняют в случае соединений AIII Bv донорное действие примесей нек-рых элементов VI группы (S, Se, Те), замещающих атом Bv, и акцепторное действие элементов II группы (Be, Zn, Cd), замещающих АIII. В Ge тот же Zn - двухзарядный акцептор, т. к. для того, чтобы образовать 4 валентные связи с соседями, он может захватить в дополнение к 2 своим валентным электронам ещё 2, т. е. создать 2 дырки. Атомы Сu, Аu могут существовать в Ge в нейтральном, одно-, двух-и трёхзарядном состояниях, образуя одну, две или три дырки.
Рассмотренные примеры относятся к примесям замещения. Примером примесей внедрения в Ge и Si является Li. Из-за малости иона Li+ он, не нарушая существенно структуры решётки, располагается между атомами Ge (в междоузлии); свой внешний валентный электрон, движущийся на существенно большем расстоянии, он притягивает очень слабо и легко отдаёт, являясь, т. о., типичным донором. Во многих П. типа A1VBVI источники свободных дырок - вакансии атомов AIV, а вакансии BVI - источники электронов проводимости. Из сказанного ясно, что введение определённых примесей (легирование П.) - эффективный метод получения П. с различными требуемыми свойствами.
Сильно легированные полупроводники. При больших концентрациях примесей или дефектов проявляется их взаимодействие, ведущее к качественным изменениям свойств П. Это можно наблюдать в сильно легированных П., содержащих примеси в столь больших концентрациях Nnp, что среднее расстояние между ними, пропорциональное Nnp1/3 , становится меньше (или порядка) среднего расстояния а, на к-ром находится от примеси захваченный ею электрон или дырка. В таких условиях носитель вообще не может локализоваться на к.-л. центре, т. к. он всё время находится на сравнимом расстоянии сразу от неск. одинаковых примесей. Более того, воздействие примесей на движение электронов вообще мало, т. к. большое число носителей со знаком заряда, противоположным заряду примесных ионов, экранируют (т. е. существенно ослабляют) электрич. поле этих ионов. В результате все носители, вводимые с этими примесями, оказываются свободными даже при самых низких темп-рах.
Ха~1, легко достигается для примесей, создающих уровни с малой энергией связи (мелкие уровни). Напр., в Ge и Si, легированных примесями элементов III или V групп, это условие выполняется уже при Nпр~1018-1019см-3, в то время как удаётся вводить эти примеси в концентрациях вплоть до Nnp ~ 1021 см-3 при плотности атомов осн. вещества ~5-1022 см-3. В П. AIVBVI практически всегда с большой концентрацией (=> 1017 1018см-3) присутствуют вакансии одного из компонентов, а энергии связи носителей с этими вакансиями малы, так что
выполнено.
Равновесные концентрации носителей тока в полупроводниках. При отсутствии внешних воздействий (освещения, электрич. поля и т. п.) концентрации электронов и дырок в П. полностью определяются темп-рой, шириной его запрещённой зоны ДЕ, эффективными массами носителей, концентрациями и пространственным распределением примесей и дефектов, а также энергиями связи электронов и дырок с ними. Это т.н. равновесные концентрации носителей.
При самых низких темп-pax (вблизи Т=0 К) все собств. электроны П. находятся в валентной зоне и целиком заполняют её, а примесные локализованы вблизи примесей или дефектов, так что свободные носители отсутствуют. При наличии в образце доноров и акцепторов электроны с доноров могут перейти к акцепторам. Если концентрация доноров Na больше концентрации акцепторов Na, то в образце окажется Na отрицательно заряженных акцепторных ионов и столько же положительно заряженных доноров. Только Nd - Na доноров останутся нейтральными и способными с повышением темп-ры отдать свои электроны в зону проводимости. Такой образец является П. п -типа с концентрацией носителей Nd-Na. Аналогично в случае Na>Nd П. имеет проводимость р-типа. Связывание донорных электронов акцепторами наз. компенсацией примесей, а П., содержащие доноры и акцепторы в сравнимых концентрациях, - компенсированными.
С повышением темп-ры тепловое дви-жение "выбрасывает" в зону проводимости электроны с донорных атомов и из валентной зоны (для определённости имеется в виду проводимость n-типа). Однако если энергия ионизации донора Ed<<ДЕ (что обычно имеет место), а температура не слишком высока, то первый из этих процессов оказывается доминирующим, несмотря на то, что число доноров во много раз меньше числа валентных электронов. У П. появляется заметная примесная электронная проводимость, быстро растущая с ростом температуры. Концентрация электронов в зоне проводимости при этом во много раз больше концентрации дырок в валентной зоне. В таких условиях электроны наз. основными носителями, а дырки -неосновными (в П. р-типа наоборот: основные носители -дырки, неосновные -электроны). Рост концентрации свободных носителей с темп-рой продолжается до тех пор, пока все доноры не окажутся ионизованными, после чего концентрация в широком температурном интервале остаётся почти постоянной и равной: п = = Nd-Na. Число же электронов, забрасываемых тепловым движением в зону проводимости из валентной зоны, продолжает экспоненциально нарастать и при нек-рой темп-ре становится сравнимым с концентрацией примесных электронов, а потом и во много раз большим, т. е. снова начинается быстрое возрастание с темп-рой суммарной концентрации свободных носителей. Это область собственной проводимости П., когда концентрации электронов п и дырок р практически равны: п=р=ni. Рост числа собственных носителей тока продолжается вплоть до самых высоких темп-р, и концентрация их может достигать при Т = 1000 К значений, лишь на 1-3 порядка меньших, чем концентрация электронов проводимости в хороших металлах. Темп-pa, при к-рой происходит переход от примесной к собственной проводимости, зависит от соотношения между "?<г и Д"?, а также от концентраций Na и Na. В Ge с примесью элементов V группы полная ионизация доноров происходит уже при темп-pax Т~10 К, если Nd~1013 см-3 и при Т= З0 К, если Na~ ~ 1016см-3, а переход к собственной проводимости при Т = 300 К для Nd~ ~1013 см-3 и при Т = 450 К для Nd~ ~1016 см-3(рис. 5).
Рис. 5. Температурная зависимость концентрации п носителей тока в умеренно легированном (1) и сильно легированном (2) полупроводниках: I - область частичной ионизации примесей: II-область их полной ионизации; III - область собственной проводимости.
Определение равновесных концентраций носителей тока в П. основывается на распределении Ферми (см. Статистическая физика) электронов по энергетич. состояниям (в зонах и на примесных уровнях). Вероятность f того, что состояние с энергией E занято электроном, даётся формулой:
Если уровень Ферми лежит в запрещённой зоне на расстоянии >kT от дна зоны проводимости и от потолка валентной зоны, то в зоне проводимости f<<1, т. е. мало электронов, а в валентной зоне 1 - f<< l, т. е. мало дырок. В этом случае принято говорить, что электроны и дырки невырождены, в отличие от случая вырождения, когда уровень Ферми лежит внутри одной из разрешённых зон, напр, в зоне проводимости на расстоянии >>kT от её дна. Это означает, что все состояния в этой зоне от дна до уровня Ферми заполнены носителями тока с вероятностью f(E)~~1.
Положение уровня Ферми зависит от темп-ры и легирования. В объёме пространственного однородного П. оно определяется условием сохранения полного числа электронов или, иными словами, условием электронейтральности:
Здесь Nd+ - концентрация ионизованных доноров, Na- - акцепторов, захвативших электрон.
В сильно легированных П. к
Смотреть больше слов в «Большой советской энциклопедии»
широкий класс веществ, характеризующихся значениями электропроводности σ, промежуточными между электропроводностью металлов (См. Металлы) (σ По... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ, -ов, ед. -ник, -а, м. (спец.). Вещества,электропроводность к-рых при комнатной температуре меньше, чем у металлов, ибольше, чем у диэлектриков. II прил. полупроводниковый, -ая, -ое. П.радиоприемник (на полупроводниках).... смотреть
широкий класс в-в, характеризующийся значениями уд. электропроводности s, промежуточными между уд. электропроводностью металлов s=106—104 Ом-1 ... смотреть
в-ва, характеризующиеся увеличением электрич. проводимости с ростом т-ры. Хотя часто П. определяют как в-ва с уд. электрич. проводимостью а, проме... смотреть
После изобретения в 1904 г. Дж. Флемингом двухэлектродной лампы?диода и Л. Де Форестом в 1906 г. трехэлектродной лампы?триода в радиотехнике произошла революция. Эти изобретения позволили усиливать не только телеграфные сигналы, но и перейти к радиотелефонии – передаче по радио человеческого голоса. Помимо этого, они позволили усиливать высокочастотные колебания. Началось бурное развитие радиотехники. Но одновременно с ним выявились недостатки применения вакуумных электронных приборов. Электронная лампа имеет небольшой срок службы. Приняв средний срок службы лампы за 500 часов, при количестве ламп в одном устройстве 2000 штук в среднем каждые 15 минут следовало бы ожидать отказа по крайней мере 1 лампы. Для обнаружения неисправности следовало проверить как минимум несколько сотен ламп. Самой уязвимой частью ламп является нить накала. При включении и выключении прибора нить поочередно раскаляется и охлаждается, что повышает вероятность ее перегорания. Для разогрева лампы требуется мощность в сотые доли ватта. Помноженная на количество ламп потребная мощность достигает нескольких сотен, а иногда тысяч ватт. Недостатки электронных ламп особенно остро выявились в конце 40?х – начале 50?х гг. прошлого века с появлением первых электронно?вычислительных машин. Их надежность и размеры определялись именно размерами, энергетической емкостью и надежностью используемых в них вакуумных ламп. Выход из кризиса открыли полупроводниковые приборы, которые, несмотря на свои недостатки, имели явные преимущества по сравнению с лампами: небольшие размеры, мгновенная готовность к работе ввиду отсутствия нити накала, отсутствие хрупких стеклянных баллонов. Эти необходимые в то время свойства побудили к поиску способов устранения недостатков полупроводников. Исследования проводимости различных материалов начались непосредственно в XIX в. сразу после открытия гальванического тока. Первоначально их делили на две группы: проводники электрического тока и диэлектрики, или изоляторы. К первым относятся металлы, газы и растворы солей. Их способность проводить ток объясняется тем, что их электроны сравнительно легко отрываются от атома. Особый интерес представляли те из них, которые обладали низким электрическим сопротивлением и могли применяться для передачи тока (медь, алюминий, серебро). К изоляторам относятся такие вещества, как фарфор, керамика, стекло, резина. Их электроны прочно связаны с атомами. Позже были открыты материалы, чьи свойства не подходили полностью ни под одну из вышеназванных категорий. Эти вещества получили название полупроводников, хотя они вполне заслуживали и названия «полуизоляторы». Они проводят ток несколько лучше, чем изоляторы, и значительно хуже проводников. К полупроводникам относится большая группа веществ, среди которых графит, кремний, бор, цезий, рубидий, галлий, кадмий и различные химические соединения – окислы и сульфиды, большинство минералов и некоторые сплавы металлов. Особенно велико значение германия, а также кремния, благодаря которым произошла поистине техническая революция в электротехнике. Изучение свойств полупроводников начались, когда возникла потребность в новых источниках электричества. Это заставило исследователей обратиться к изучению явлений, связанных с образованием так называемой контактной разности потенциалов. Было замечено, в частности, что многие материалы, не являющиеся проводниками тока, электризуются при соприкосновении между собой. Первые опыты в этом направлении проводились в XIX в. Г. Дэви и А. С. Беккерелем. Еще одно направление в исследовании полупроводников появилось в процессе изучения проводимости таких веществ, как минералы, соединения металлов с серой и кислородом, кристаллы, различные диэлектрики и т. п. В этих работах исследовалась величина проводимости и влияние на нее температуры. Исследование в середине XIX в. ряда колчеданов и окислов показало, что с увеличением температуры их проводимость быстро возрастает. Многие кристаллы (горный хрусталь, каменная соль, железный блеск) проявляли анизотропию (неодинаковость свойств внутри тела) по отношению к электропроводности. В 1907 г. Пирс открыл униполярную (одностороннюю) проводимость в кристаллах карборунда: их проводимость в одном направлении оказалась примерно в 4000 раз большей, чем в противоположном. В ходе этих исследований было также установлено, что существенное влияние на проводимость полупроводников оказывают содержащиеся в них примеси. В 1907–1909 гг. Бедекер заметил, что проводимость йодистой меди и йодистого калия существенно возрастает, примерно в 24 раза, при наличии примеси йода, не являющегося проводником. Во II половине XIX в. были открыты еще 2 явления, связанные с полупроводниками – фотопроводимость и фотоэффект. Было обнаружено, что световые лучи влияют на проводимость отдельных веществ, среди которых особое место занимал селен. Влияние света на проводимость селена впервые открыл в 1873 г. Мэй, о чем сообщил В. Смиту, которому иногда приписывают честь этого открытия. Необычные свойства селена использовались в ряде приборов. Так, В. Сименс соорудил физическую модель глаза с подвижными веками и с селеновым приемником на месте сетчатой оболочки. Его веки закрывались, когда к нему подносили свечу. Тот же Сименс, используя свойства селена, построил другой оригинальный физический прибор – фотометр с селеновым приемником. Корн пытался построить телефонограф, служащий для передачи изображений на расстояние. К другому сходному явлению, связанному с действием света на материалы, можно отнести фотоэффект. Впервые это явление открыл в I половине XIX в. А. С. Беккерель. Сущность его наблюдений сводилась к тому, что два одинаковых электрода, помещенные в одном электролите при одинаковых условиях, обнаруживали разность потенциалов, когда на один из них направляли поток света. В 1887 г. Герц заметил подобное же явление в газовой среде. Он установил, что ультрафиолетовый свет, испускаемый одной искрой, облегчает прохождение разряда в соседнем искровом промежутке, если при этом освещается отрицательный электрод. Наблюдение Герца, изученное затем А. Г. Столетовым, привело к открытию фотоэлектрического эффекта, заключающегося в испускании телами отрицательного электричества под влиянием света. В радиотехнике вначале нашли применение некоторые окислы, в частности кристаллы цинкита и халькопирита. Было обнаружено, что они обладают свойством выпрямлять электрический ток. Это позволило применять их для детектирования радиосигналов – отделения тока звуковой частоты от несущих сигналов. В первых любительских радиоприемниках начала XX в. для детектирования использовались настоящие полупроводники. Но обращение с ними требовало больших усилий. Для приема сигналов требовалось попасть тонкой иглой в определенную точку на кристалле. Это было целое искусство и те, кто им владел, ценились на вес золота. Замена кристаллов лампами значительно упростила работу радистов. Низкая надежность работы радиоустройств с большим количеством вакуумных электронных ламп в начале 20?х годов XX в. заставила вспомнить, что кристаллический детектор, подобный углесталистому детектору А. С. Попова, обладает не менее широкими возможностями, чем электронная лампа. В 1922 г. сотрудник Нижегородской радиолаборатории О. В. Лосев обнаружил возможность получения незатухающих колебаний с помощью полупроводникового кристаллического диода. Свой прибор Лосев назвал кристодином. На его основе ученый создал различные полупроводниковые усилители для радиоприемников. Многие предрекали, что кристаллы со временем займут место вакуумных ламп. Но в 1920–1930?е гг. этого не произошло. Лампы удовлетворяли тогдашние запросы, постепенно раскрывались их новые достоинства и возможности. А полупроводниковые кристаллы в то время лишь начали изучать, технологи не имели возможности производить чистые, лишенные примесей кристаллы. Многие годы физики исследовали процессы, протекающие в полупроводниках на уровне микроструктуры, и на основе этих исследований пытались объяснять их свойства. Оказалось, что так же, как и в изоляторах, в полупроводниках все электроны прочно связаны с атомами. Но эта связь непрочна, и при нагреве или под действием света некоторым электронам удается вырваться из притяжения атомов. С появлением свободных электронов электрическая проводимость полупроводников резко возрастает. В отличие от проводников, носителями тока в полупроводниках могут быть не только электроны, но и «дырки» – места на орбите положительно заряженных частиц – ионов, образовавшихся после потери электрона. Положительный заряд этих частиц стремится захватить недостающий электрон у одного из соседних атомов. Таким образом, «дырка» путешествует по полупроводнику, переходя от атома к атому. Вместе с ней путешествует и положительный заряд, равный по значению отрицательному заряду электрона. Один и тот же полупроводник может обладать либо электронной, либо дырочной проводимостью. Все зависит от химического состава введенных в него примесей. Так, небольшая добавка в германий примесей, богатых электронами, например мышьяка или сурьмы, позволяет получить полупроводник с электронной проводимостью, так называемый полупроводник n?типа (от лат. negativus – отрицательный). Добавка же алюминия, галлия или индия приводит к избытку «дырок» и образованию дырочной проводимости. Такие проводники называются проводниками р?типа (от лат. positivus – положительный). Развитие полупроводников в 20–30?е гг. прошлого века позволило создать полупроводниковые приборы, термоэлектрогенераторы, сегнетоэлектрические и фотоэлектрические приборы. В 1929 г. советский ученый А. Ф. Иоффе высказал мысль о возможности получения с помощью термоэлектрического генератора из полупроводников электроэнергии с КПД в 2,5–4 %. Уже в 1940–1941 гг. в Советском Союзе были получены полупроводниковые термоэлементы с КПД в 3 %. Во второй половине 20?х гг. XX в. были созданы твердые выпрямители переменного тока, представлявшие собой окисленную медную пластинку. Позже их стали делать из селена. Серьезным недостатком первых твердых выпрямителей были большие тепловые потери. Использование новых веществ, в частности германия, позволило резко их снизить. Были созданы опытные образцы выпрямителей переменного тока из германия и аналогичных полупроводниковых материалов с КПД до 98–99 %. Полупроводниковые выпрямители удобны в эксплуатации, поскольку они миниатюрны и прочны, не требуют тока накала, потребляют немного энергии и долговечны. Изучение свойств кристаллов показало, что выпрямление и детектирование тока происходит не на границе кристалла и металла, а вследствие образования на поверхности кристалла оксидной пленки. Для выпрямления было необходимо, чтобы пленка также обладала полупроводниковыми свойствами. Причем ее проводимость должна была отличаться от проводимости самого кристалла: если кристалл обладал n?проводимостью, то пленка должна иметь р?проводимость – и наоборот. В этом случае кристалл и пленка образуют полупроводниковый вентиль, пропускающий ток только в одну сторону. Постепенно ученые научились получать чистые кристаллы кремния и германия, добавляя затем в них нужные примеси, создающие необходимый тип проводимости. В начале Второй мировой войны для обеспечения приема и выпрямления сантиметровых волн в США для радиолокации стали примяться германиевые и кремниевые детекторы, обладавшие большой устойчивостью. Вскоре после войны были разработаны полупроводниковые усилители и генераторы. 1 июля 1948 г. в газете «Нью?Йорк тайме» появилась заметка о демонстрации фирмой «Белл телефон лабораториз» прибора под названием «транзистор». Он представлял собой полупроводниковый триод, несколько напоминавший по конструкции кристаллические детекторы 20?х годов. Транзистор создали физики Дж. Бардин и У. Браттейн. Его устройство было простым: на поверхности пластинки из германия, с одним общим электродом?основанием, были помещены два близко расположенных металлических стержня, один из которых был включен в пропускном, а другой – в запорном направлении. При этом пластинка обладала р?проводимостью, а стержни – n?проводимостью. Концентрация случайных примесей в пластинке германия не превышала 10_6 %. В 1951 г. У. Шокли создал первый плоскостной триод, в котором контакт между зонами с п– и р?проводимостью осуществлялся по всей торцовой поверхности кристаллов. У него, как и у точечного транзистора, был предшественник. В свое время радиолюбители, чтобы избавиться от необходимости искать необходимую точку на кристаллическом детекторе, решили перейти к плоскостным контактам, создав плоскостной диод. В нем использовались кристаллы цинкита и халькопирита. Но он обладал малой надежностью, поскольку из?за плохой поверхности окислов выпрямление осуществлялось лишь в отдельных точках. В 1956 г. Бардин, Браттейн и Шокли были удостоены Нобелевской премии по физике за исследования полупроводников и открытие транзисторного эффекта. Надежно работающие плоскостные полупроводниковые диоды и триоды были созданы только после изучения свойств полупроводниковых кристаллов и овладения технологией изготовления сверхчистых материалов. Преимуществом плоскостных контактов по сравнению с точечными является их способность пропускать более сильный ток. Но при этом они имеют значительно большую паразитную емкость, вред которой возрастает с повышением частоты сигналов. Поэтому плоскостные диоды и триоды применяются для обработки и усиления низкочастотных сигналов, а точечные, называемые также кристаллическими детекторами, для детектирования слабых сигналов высоких и сверхвысоких частот. Область применения полупроводников не ограничивалась радиотехникой. Еще в 1932 г. А. Ф. Иоффе создал из закиси меди, а затем из селена фотоэлементы, вырабатывавшие при их освещении электрический ток без помощи внешних источников энергии. Однако их КПД при использовании солнечной энергии не превышал 0,05–0,1 %. Но уже перед Великой Отечественной войной в СССР были созданы фотоэлементы из сернистого таллия и сернистого серебра с КПД до 1 %. В 1954 г. был создан кремниевый фотоэлемент. В этом же году впервые была построена солнечная батарея, состоявшая из большого числа кремниевых фотоэлементов. В начале 1955 г. были созданы фотоэлементы с КПД до 6 %. Современные фотоэлементы имеют КПД до 20 % и выше. Располагая полупроводниковый диод рядом с радиоактивным материалом, получают атомную батарею, которая может вырабатывать электрическую энергию на протяжении многих лет. На основе полупроводников были созданы фотодиоды. В сочетании с электрическими счетчиками они ведут учет движущихся объектов – от производимых деталей до пассажиров в метро. Приборы, созданные с применением фотодиодов, могут определять бракованные изделия на конвейере и выключать оборудование, если в его опасную зону попадают руки рабочих. Создание приборов на основе полупроводников произвело в середине XX в. техническую революцию. Дальнейшее их развитие привело к созданию интегральных микросхем, появлению новых поколений электронно?вычислительных машин и персональных компьютеров. Сейчас ни одна область науки и техники не обходится без их применения.... смотреть
[semiconductors] — широкий класс веществ, характеризующийся электропроводностью, промежуточной между электропроводностью металлов (106 — 104 Ом-1 • см-... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ, вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106 - 104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8 - 10-12 Ом-1 см-1). Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на нее влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокая чувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиям и содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение в технике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителей равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей. Полное описание природы носителей заряда в полупроводниках и законов их движения дается в квантовой теории твердого тела (см. также Зонная теория).<br><br><br>... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ - вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106 - 104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8 - 10-12 Ом-1 см-1). Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на нее влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокая чувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиям и содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение в технике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителей равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей. Полное описание природы носителей заряда в полупроводниках и законов их движения дается в квантовой теории твердого тела (см. также Зонная теория).<br>... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ, вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106 - 104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8 - 10-12 Ом-1 см-1). Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на нее влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокая чувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиям и содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение в технике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителей равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей. Полное описание природы носителей заряда в полупроводниках и законов их движения дается в квантовой теории твердого тела (см. также Зонная теория).... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ , вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106 - 104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8 - 10-12 Ом-1 см-1). Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на нее влияют и другие внешние воздействия: свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокая чувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиям и содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение в технике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителей равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей. Полное описание природы носителей заряда в полупроводниках и законов их движения дается в квантовой теории твердого тела (см. также Зонная теория).... смотреть
- вещества, электропроводность которых при комнатнойтемпературе имеет промежуточное значение между электропроводностьюметаллов (106 - 104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8 - 10-12 Ом-1 см-1).Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности сростом температуры; при низких температурах электропроводностьполупроводников мала; на нее влияют и другие внешние воздействия: свет,сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т. д. Высокаячувствительность электрических и оптических свойств к внешним воздействиями содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна дляполупроводников. Все эти особенности и определяют их широкое применение втехнике (см. Полупроводниковые приборы). К полупроводникам относитсябольшая группа веществ (Si, Ge и др., см. Полупроводниковые материалы).Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости идырки (носители положительного заряда). В идеальных кристаллах онипоявляются всегда парами, так что концентрации обоих типов носителейравны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры,равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимостьосуществляется практически только одним типом носителей. Полное описаниеприроды носителей заряда в полупроводниках и законов их движения дается вквантовой теории твердого тела (см. также Зонная теория).... смотреть
в-ва, электропроводность к-рых при комнатной темп-ре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106-108См/м) и диэлектриков (10-8... смотреть
, вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106-104 Ом-1 см-1) и ... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ, вещества, электропроводность которых при комнатной температуре имеет промежуточное значение между электропроводностью металлов (106-104 Ом-1 см-1) и диэлектриков (10-8-10-12 Ом-1). Характерная особенность полупроводников - возрастание электропроводности с ростом температуры; при низких температурах электропроводность полупроводников мала; на нее влияют свет, сильное электрическое поле, потоки быстрых частиц и т.д. Высокая чувствительность электропроводности к содержанию примесей и дефектов в кристаллах также характерна для полупроводников. К полупроводникам относится большая группа веществ (Ge, Si и др.). Носителями заряда в полупроводниках являются электроны проводимости и дырки. В идеальных кристаллах они появляются всегда парами, так что их концентрации равны. В реальных кристаллах, содержащих примеси и дефекты структуры, равенство концентраций электронов и дырок может нарушаться и проводимость осуществляется практически только одним типом носителей (смотри также Зонная теория, Твердое тело). Особенности полупроводников определяют их применение (смотри Полупроводниковые приборы). <br>... смотреть
вещества, к-рые обладают электронной проводимостью, причём по уд. электрич. проводимости а занимают промежуточное положение между хорошими проводниками... смотреть
корень - ПОЛ; соединительная гласная - У; приставка - ПРО; корень - ВОД; суффикс - НИК; окончание - И; Основа слова: ПОЛУПРОВОДНИКВычисленный способ об... смотреть
вещества, которые по электрической проводимости занимают промежуточное положение между проводниками (металлами) и изоляторами (диэлектриками). Наиболее... смотреть
полупроводники, полупроводник′и, -ов, ед. ч. -ник, -а, м. (спец.). Вещества, электропроводность к-рых при комнатной температуре меньше, чем у металлов, и больше, чем у диэлектриков.<br>прил. полупроводниковый, -ая, -ое. П. радиоприёмник (на полупроводниках).<br><br><br>... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ, -ов, ед. -ник, -а, м. (спец.). Вещества, электропроводность которых при комнатной температуре меньше, чем у металлов, и больше, чем у диэлектриков. || прилагательное полупроводниковый, -ая, -ое. П. радиоприёмник (на полупроводниках).... смотреть
полупроводник||имн. (ед. полупроводник м) физ. οἱ ήμιαγωγοί.
Смотри полупроводниковые вещества (полупроводники)
полупроводники м мн. οι ημιαγωγοί
ПОЛУПРОВОДНИКИ АМОРФНЫЕ, вещества в твёрдом аморфном состоянии, обладающие свойствами полупроводников (см. Аморфное состояние). П. а. разделяют на ... смотреть
вещества в твёрдом аморфном состоянии, обладающие свойствами полупроводников (См. Полупроводники) (см. Аморфное состояние). П. а. разделяют на ... смотреть
ПОЛУПРОВОДНИКИ ОРГАНИЧЕСКИЕ, твёрдые органические вещества, к-рые имеют (или приобретают под влиянием внешних воздействий) электронную или дырочную п... смотреть
твёрдые органические вещества, которые имеют (или приобретают под влиянием внешних воздействий) электронную или дырочную проводимости (см. Полу... смотреть