Номер 14, страница 118, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 22. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 14, страница 118.

Условие.

14. Объясните, почему число свободных носителей заряда в полупроводнике может изменяться при добавлении примесей.

Решение.

Решение

Изменение числа свободных носителей заряда в полупроводнике при добавлении примесей связано с механизмом примесной проводимости. В чистом (собственном) полупроводнике, например, в кремнии, атомы связаны между собой ковалентными связями, и свободные носители заряда (электроны и дырки) появляются только при разрыве этих связей, например, под действием тепла. Их концентрация невелика.

Процесс введения примесей в полупроводник называется легированием. В зависимости от типа примеси, можно получить два вида примесной проводимости.

1. Донорные примеси и полупроводники n-типа. Если в кристалл четырехвалентного кремния добавить атомы пятивалентного элемента (например, фосфора или мышьяка), то атом примеси займет место атома кремния. Четыре его валентных электрона образуют ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый электрон окажется "лишним". Этот электрон слабо связан со своим атомом и легко становится свободным, переходя в зону проводимости. Таким образом, каждый атом примеси становится "донором" одного свободного электрона. В результате концентрация свободных электронов значительно возрастает. Такие полупроводники называют полупроводниками n-типа (negative), так как основными носителями заряда в них являются отрицательно заряженные электроны.

2. Акцепторные примеси и полупроводники p-типа. Если в кристалл кремния добавить атомы трехвалентного элемента (например, бора или индия), то для образования четырех ковалентных связей с соседними атомами кремния у примесного атома не будет хватать одного электрона. Образуется вакантное место — дырка. Эта дырка может быть заполнена электроном из соседней связи, что равносильно перемещению дырки в новое место. Дырка ведет себя как положительно заряженный носитель. Атом примеси, "захвативший" электрон, называется "акцептором". В результате введения такой примеси в полупроводнике резко возрастает концентрация дырок. Такие полупроводники называют полупроводниками p-типа (positive), так как основными носителями заряда в них являются положительно заряженные дырки.

Таким образом, легирование позволяет целенаправленно создавать в полупроводнике избыток носителей заряда определенного знака (электронов или дырок), тем самым значительно изменяя их общее число и электропроводность материала.

Ответ: При добавлении примесей в кристаллическую решетку полупроводника создаются дополнительные, не участвующие в ковалентных связях, носители заряда. Примеси с большей валентностью (доноры) поставляют свободные электроны, а примеси с меньшей валентностью (акцепторы) создают дырки, что и приводит к изменению общего числа свободных носителей заряда.