Номер 4, страница 100, часть 2 - гдз по физике 10 класс учебник Кронгарт, Казахбаева

4. Что происходит в полупроводнике при его нагревании?

4. Что происходит в полупроводнике при его нагревании?

При нагревании полупроводника его электрические свойства кардинально изменяются, что связано с процессами на атомном уровне. Основной эффект нагрева — это увеличение концентрации свободных носителей заряда.

В кристаллической решетке полупроводника электроны находятся в двух основных энергетических зонах: валентной зоне (где электроны связаны с атомами) и зоне проводимости (где электроны могут свободно перемещаться, создавая электрический ток). Между этими зонами находится запрещенная зона — область энергий, которыми электроны обладать не могут.

При повышении температуры атомы в решетке начинают колебаться с большей амплитудой и энергией. Эта тепловая энергия передается электронам в валентной зоне. Некоторые электроны получают достаточно энергии, чтобы преодолеть запрещенную зону и перейти в зону проводимости. Этот процесс называется тепловой генерацией.

Каждый электрон, перешедший в зону проводимости, становится свободным носителем отрицательного заряда. Одновременно в валентной зоне на том месте, где был электрон, образуется вакантное место с недостатком отрицательного заряда, которое ведет себя как положительно заряженная частица и называется дыркой. Дырки также могут перемещаться по кристаллу, внося вклад в электрический ток. Таким образом, при нагреве происходит генерация электронно-дырочных пар.

В результате увеличения числа свободных носителей заряда (электронов и дырок) проводимость полупроводника растет, а его удельное сопротивление, соответственно, падает. Эта зависимость является ключевым отличием полупроводников от металлов, у которых сопротивление с ростом температуры увеличивается из-за усиления рассеяния электронов на колебаниях кристаллической решетки.

Этот эффект характерен как для собственных (чистых), так и для примесных (легированных) полупроводников. В примесных полупроводниках при невысоких температурах нагрев также способствует ионизации примесных атомов, что дополнительно увеличивает концентрацию основных носителей заряда.

Ответ: При нагревании полупроводника его атомы колеблются интенсивнее, и часть электронов получает достаточно энергии для перехода из валентной зоны в зону проводимости. В результате этого процесса (тепловой генерации) в полупроводнике увеличивается концентрация свободных носителей заряда — электронов и дырок. Это приводит к увеличению его электропроводности и, соответственно, к уменьшению электрического сопротивления.