Номер 7, 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 7, страница 117.

Условие.

7. Расскажите о носителях заряда в полупроводниках.

Решение.

7. Расскажите о носителях заряда в полупроводниках.

В полупроводниках, в отличие от металлов, где носителями заряда являются только свободные электроны, существуют два типа подвижных носителей заряда: электроны и дырки. Наличие и взаимодействие этих двух типов носителей определяет уникальные электрические свойства полупроводниковых материалов.

Различают собственную и примесную проводимость полупроводников.

Собственная проводимость

В химически чистом полупроводнике (например, кремнии или германии) при температуре абсолютного нуля ($T = 0$ К) все валентные электроны заняты в образовании ковалентных связей между атомами. Свободных носителей заряда нет, и полупроводник является диэлектриком. С повышением температуры (или под действием другого внешнего энергетического воздействия, например, света) некоторые электроны могут получить энергию, достаточную для разрыва ковалентной связи. Такой электрон становится свободным и перемещается в зону проводимости, становясь носителем отрицательного заряда. Этот процесс называется генерацией носителей заряда.

На месте, где ранее находился электрон, образуется вакансия с нескомпенсированным положительным зарядом — дырка. Электрон из соседней ковалентной связи может переместиться и занять эту вакансию. В результате дырка переместится на место этого электрона. Такое эстафетное движение электронов в валентной зоне эквивалентно движению положительно заряженной частицы — дырки — в направлении, противоположном движению электронов. Таким образом, дырка является вторым типом носителей заряда в полупроводниках.

В чистом полупроводнике электроны и дырки всегда рождаются парами, поэтому их концентрации равны: $n_i = p_i$, где $n_i$ — концентрация свободных электронов, а $p_i$ — концентрация дырок. Такая проводимость называется собственной.

Примесная проводимость

Для управления электропроводностью полупроводников в них вводят контролируемое количество атомов примеси — этот процесс называется легированием. В зависимости от валентности примеси создаются полупроводники n-типа или p-типа.

Полупроводники n-типа (электронная проводимость). Их получают, добавляя в полупроводник IV группы (например, кремний) примесь элемента V группы (например, фосфор или мышьяк). Атом примеси имеет пять валентных электронов. Четыре из них образуют ковалентные связи с соседними атомами кремния, а пятый электрон оказывается слабо связанным и легко переходит в зону проводимости, становясь свободным. Атом примеси, отдавший электрон, превращается в неподвижный положительный ион. Такие примеси называют донорными. В полупроводнике n-типа концентрация электронов ($n_n$) значительно превышает концентрацию дырок ($p_n$), поэтому электроны являются основными (мажорными) носителями заряда, а дырки — неосновными (минорными).

Полупроводники p-типа (дырочная проводимость). Их получают, добавляя примесь элемента III группы (например, бор или галлий). Атому примеси с тремя валентными электронами не хватает одного электрона для образования четырех ковалентных связей. Эта незаполненная связь представляет собой дырку. Эта дырка легко захватывает электрон из соседней связи, что приводит к ее перемещению по кристаллу. Примеси, создающие дырки, называют акцепторными. В полупроводнике p-типа концентрация дырок ($p_p$) значительно выше концентрации электронов ($n_p$), поэтому дырки являются основными (мажорными) носителями заряда, а электроны — неосновными (минорными).

Ответ: Носителями заряда в полупроводниках являются электроны (отрицательно заряженные) и дырки (квазичастицы, эквивалентные положительному заряду). В чистых (собственных) полупроводниках концентрации электронов и дырок равны. В легированных полупроводниках преобладают носители одного типа: в полупроводниках n-типа основными носителями являются электроны, а в p-типе — дырки.