Номер 1, страница 385 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Обсудить в классе. Параграф 117. Электрический ток через контакт полупроводников с разным типом проводимости. Транзисторы. Глава 16. Электрический ток в различных средах - номер 1, страница 385.

Условие.

Решение.

Решение 3.

Полупроводник из одного и того же материала, например, чистого кремния ($Si$) или германия ($Ge$), может иметь разный тип проводимости благодаря процессу, называемому легированием или допированием. Этот процесс заключается во внесении в кристалл чистого полупроводника небольшого количества примесных атомов. В зависимости от типа примеси и создается разный тип проводимости.

В чистом полупроводнике, без примесей, существует собственная проводимость. При температуре выше абсолютного нуля ($T > 0 \, K$) тепловая энергия разрывает некоторые ковалентные связи между атомами. В результате появляются свободные электроны и положительно заряженные "дырки" (вакантные места, оставшиеся после ухода электронов). Концентрация свободных электронов и дырок в чистом полупроводнике одинакова.

Тип проводимости можно целенаправленно изменить, вводя примеси, что создает примесную проводимость. Существует два основных типа примесной проводимости:

Проводимость n-типа (электронная)

Этот тип проводимости возникает, если в полупроводник IV группы (например, кремний) добавить небольшое количество примеси элемента V группы (например, фосфор P или мышьяк As). Атомы примеси имеют по пять валентных электронов. Четыре из них образуют ковалентные связи с соседними атомами основного материала, а пятый электрон оказывается слабо связанным и легко становится свободным носителем заряда. Такие примеси называют донорными, так как они "дарят" кристаллу свободный электрон. В таком полупроводнике основными (мажоритарными) носителями заряда становятся электроны, а дырки — неосновными (миноритарными). Проводимость определяется преимущественно движением отрицательно заряженных электронов, отсюда и название — n-тип (от англ. negative — отрицательный).

Проводимость p-типа (дырочная)

Этот тип проводимости создается путем введения в кристалл кремния примеси элемента III группы (например, бор B или галлий Ga). Атомы этой примеси имеют по три валентных электрона. Для образования четырех ковалентных связей с соседними атомами им не хватает одного электрона, в результате чего в кристаллической решетке образуется вакантное место — дырка. Эта дырка может быть заполнена электроном от соседнего атома, что эквивалентно перемещению дырки. Такие примеси называют акцепторными, так как они "принимают" электрон для завершения связи. В этом случае основными (мажоритарными) носителями заряда становятся дырки, а электроны — неосновными (миноритарными). Электрический ток создается преимущественно за счет движения положительно заряженных дырок, отсюда и название — p-тип (от англ. positive — положительный).

Ответ: Полупроводник из одного и того же материала может иметь разный тип проводимости (n-тип или p-тип) в зависимости от типа примесных атомов (донорных или акцепторных), которые вводятся в его кристаллическую решетку в процессе легирования. Донорные примеси создают избыток свободных электронов, приводя к проводимости n-типа, а акцепторные примеси создают избыток дырок, приводя к проводимости p-типа.