Номер 6, страница 117, часть 2 - гдз по физике 8 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 2. Глава III. Электрические явления. Параграф 22. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 6, страница 117.

Условие.

6. Чем полупроводники отличаются от проводников и диэлектриков?

Решение.

Полупроводники отличаются от проводников и диэлектриков по нескольким ключевым параметрам, которые определяют их уникальные электрические свойства. Основные отличия заключаются в их удельном сопротивлении, строении энергетических зон и зависимости проводимости от внешних факторов.

По удельному электрическому сопротивлению

Это самое очевидное различие. Материалы классифицируют по их способности проводить электрический ток, которая характеризуется удельным сопротивлением $\rho$.

• Проводники (например, медь, серебро) имеют очень низкое удельное сопротивление, порядка $10^{-8} - 10^{-6}$ Ом·м. Это обусловлено наличием большого числа свободных носителей заряда (электронов).

• Диэлектрики (изоляторы, например, стекло, резина) имеют чрезвычайно высокое удельное сопротивление, более $10^{10}$ Ом·м. В них практически нет свободных носителей заряда.

• Полупроводники (например, кремний, германий) занимают промежуточное положение. Их удельное сопротивление находится в широком диапазоне $10^{-5} - 10^{8}$ Ом·м.

По строению энергетических зон (зонной теории)

Это фундаментальное отличие, объясняющее поведение материалов на микроуровне. Энергетические уровни электронов в твердом теле образуют зоны: валентную зону (заполненную электронами) и зону проводимости (где электроны могут свободно перемещаться). Между ними может быть запрещенная зона.

• У проводников валентная зона и зона проводимости перекрываются. Электронам не требуется дополнительная энергия, чтобы стать свободными и участвовать в электропроводности.

• У диэлектриков между валентной зоной и зоной проводимости существует очень широкая запрещенная зона (шириной $E_g > 3$ эВ). Чтобы электрон перешел в зону проводимости, ему необходимо сообщить огромную энергию, что в обычных условиях практически невозможно.

• У полупроводников ширина запрещенной зоны невелика ($E_g \approx 0.1 - 3$ эВ). При абсолютном нуле они ведут себя как диэлектрики. Однако при повышении температуры или под воздействием света электроны могут получить достаточную энергию, чтобы преодолеть эту зону и перейти в зону проводимости, создавая электрический ток.

По зависимости сопротивления от температуры

• У проводников сопротивление с ростом температуры увеличивается. Это связано с тем, что тепловые колебания ионов кристаллической решетки усиливаются, что приводит к более частым столкновениям с ними свободных электронов и затрудняет их упорядоченное движение.

• У полупроводников сопротивление с ростом температуры, наоборот, уменьшается. Рост температуры приводит к тому, что все больше электронов получают энергию, достаточную для перехода в зону проводимости. Увеличение числа свободных носителей заряда оказывается более значимым фактором, чем увеличение рассеяния на колебаниях решетки, поэтому общая проводимость растет.

По влиянию примесей

• Введение примесей в проводники обычно приводит к нарушению идеальной кристаллической структуры и, как следствие, к увеличению их сопротивления.

• Введение небольшого количества определенных примесей (легирование) в полупроводники кардинально и контролируемо изменяет их электрические свойства, увеличивая проводимость на много порядков. В зависимости от типа примеси можно получить полупроводники n-типа (с избытком электронов) или p-типа (с избытком "дырок"). Это свойство является основой всей полупроводниковой электроники.

Ответ: Полупроводники отличаются от проводников и диэлектриков в первую очередь промежуточным значением удельного сопротивления и наличием узкой запрещенной энергетической зоны. Их ключевые особенности — сильная зависимость электропроводности от внешних факторов: с ростом температуры их сопротивление, в отличие от проводников, падает, а введение примесей позволяет контролируемо изменять их проводящие свойства в широчайших пределах, что невозможно для проводников и диэлектриков.