Номер 6, страница 332 - гдз по физике 10 класс учебник Кабардин, Орлов

6. Какие носители заряда обеспечивают электрический ток в полупроводниках n-типа?

Решение:

Полупроводники n-типа (от английского negative — отрицательный) создаются путем введения в кристалл чистого полупроводника (например, кремния) примесей, атомы которых имеют больше валентных электронов, чем атомы основного вещества. Такие примеси называются донорными. Например, для четырехвалентного кремния (Si) в качестве донорной примеси используют пятивалентные элементы, такие как фосфор (P), мышьяк (As) или сурьма (Sb).

Когда атом пятивалентной примеси встраивается в кристаллическую решетку кремния, четыре его валентных электрона образуют ковалентные связи с соседними атомами кремния. Пятый валентный электрон оказывается слабо связанным со своим атомом и легко отрывается даже при комнатной температуре, становясь свободным электроном, который может перемещаться по кристаллу и создавать электрический ток.

В результате этого процесса в полупроводнике образуется большое количество свободных электронов. Эти электроны являются основными носителями заряда. Их концентрация $n_n$ значительно превышает концентрацию носителей в чистом полупроводнике.

В то же время в полупроводнике за счет тепловой энергии продолжают образовываться пары электрон-дырка (как и в чистом полупроводнике). Таким образом, в полупроводнике n-типа присутствуют и дырки (положительно заряженные "вакансии"). Однако их концентрация $p_n$ оказывается значительно меньше концентрации свободных электронов ($n_n \gg p_n$). Поэтому дырки в полупроводнике n-типа являются неосновными носителями заряда.

Электрический ток — это упорядоченное движение заряженных частиц. В полупроводнике n-типа под действием внешнего электрического поля в движение приходят и электроны, и дырки. Однако, поскольку концентрация электронов во много раз превышает концентрацию дырок, основной вклад в электрический ток вносят именно свободные электроны. Ток, создаваемый дырками, как правило, пренебрежимо мал.

Ответ: Электрический ток в полупроводниках n-типа обеспечивается движением двух типов носителей заряда: электронов и дырок. Однако основными носителями заряда являются свободные электроны, концентрация которых значительно превышает концентрацию дырок, поэтому именно они и определяют электрический ток в полупроводниках данного типа.