Полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы обладают проводимостью, кото­рой можно управлять, изменяя напряжение, температуру, освещенность и другие факторы. По способности проводить электрический ток по­лупроводники занимают промежуточное положение между провод­никами и диэлектриками. Способность проводить электрический ток характеризуется удельным электрическим сопротивлением или удель­ной электрической проводимостью. Диапазон значений удельного электрического сопротивлениядля проводников при комнатной тем­пературе составляет от 1,6•10^-8 до 1•10^-6 Ом•м. Для низкочастотных изоляционных материалов удельное электрическое сопротивление изменяется от 10⁶... 10⁸ до 10¹⁴.. 10¹⁶ Ом•м. Удельное электрическое со­противление для полупроводников составляет 10^-6…10⁹ Ом-м. Эти гра­ницы условны и в определенном диапазоне перекрываются. Это свя­зано с особенностями этих групп материалов.

Одной из особенностей полупроводниковых материалов явля­ется, их поведение при изменении температуры. У проводниковых материалов при температуре, стремящейся к нулю, удельная электрическая проводимость увеличивается, а при переходе в сверхпроводящее состояние - приобретает бесконечно большие значения (рис. 4.1). В отличие от проводников у полупроводников при умень­шении температуры их удельная элек­трическая проводимость уменьшает­ся, а при стремлении температуры к О К полупроводники прекращают проводить электрический ток и пере­ходят в разряд диэлектриков. При по­вышении температуры удельная элек­трическая проводимость полупроводников резко увеличивается.

Рис. 4.1. Зависимость удельной проводимости металлов (1) и полупроводников (2) от температуры

Такой характер поведения полупроводни­ков при изменении температуры позволяет использовать тепло для управления их удельной электрической проводимостью.

Поведение полупроводника зависит также от его внутренней структуры. В проводниковых материалах проводимость связана с появлением свободных зарядов, что вызвано изменением темпера­туры и внутренним строением проводника. Для появления свободных носителей заряда в полупроводниковом материале требуется внешняя энергия (тепловая, механическая нагрузка, облучение ядер­ными частицами, электрическое и магнитное поля и т.д.). Если но­сители заряда появились под действием тепла, то они называются равновесными. В результате воздействия на полупроводник других видов энергии образуются дополнительные неравновесные носите­ли зарядов.

Электропроводность полупроводника резко изменяется при вве­дении в него даже незначительного числа атомов примесного ве­щества. Она зависит также не только количества, но и вида посто­роннего элемента. Например, при введении в химически чистый гер­маний 0,001 % мышьяка его удельная проводимость увеличивается в 10 000 раз.

Полупроводники допускают обратное преобразование электри­ческой энергии в тепловую, световую или механическую.