Номер 18.12, страница 94 - гдз по физике 8 класс задачник Генденштейн, Кирик

Электромагнитные явления. 18. Полупроводники и полупроводниковые приборы - номер 18.12, страница 94.

Условие.

18.12. Чем отличается электрический ток в полупроводниках от электрического тока в металлах?

Решение.

Решение

Электрический ток в полупроводниках и металлах имеет общую природу — это направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Однако существуют фундаментальные различия, обусловленные внутренним строением этих веществ и механизмами электропроводности.

1. Типы носителей заряда

В металлах носителями электрического тока являются исключительно свободные электроны. Атомы в кристаллической решетке металла легко отдают свои валентные электроны, которые образуют так называемый «электронный газ», свободно перемещающийся по всему объему проводника. Электрический ток в металлах — это упорядоченное движение этих свободных электронов.

В полупроводниках, в отличие от металлов, существуют два типа носителей заряда: электроны (с отрицательным зарядом) и «дырки» (квазичастицы, ведущие себя как носители положительного заряда). Дырка — это вакантное место в ковалентной связи, образовавшееся после ухода электрона. Перемещение валентного электрона на место соседней дырки эквивалентно перемещению дырки в обратном направлении. Таким образом, полный ток в полупроводнике является суммой электронного и дырочного токов.

2. Зависимость сопротивления от температуры

У металлов с ростом температуры электрическое сопротивление увеличивается. Это объясняется тем, что при нагревании усиливаются колебания ионов в узлах кристаллической решетки, что приводит к более частому рассеянию свободных электронов и, следовательно, к уменьшению их подвижности. Для не слишком больших изменений температуры эта зависимость близка к линейной: $R = R_0(1 + \alpha \Delta T)$, где температурный коэффициент сопротивления $\alpha > 0$.

У собственных (беспримесных) полупроводников, напротив, с ростом температуры сопротивление экспоненциально уменьшается. Хотя рассеяние носителей на колебаниях решетки также усиливается, главным фактором становится резкое увеличение концентрации носителей заряда. При нагревании все больше ковалентных связей разрывается, что приводит к генерации новых пар «электрон-дырка». Этот эффект преобладает над рассеянием и приводит к значительному росту проводимости (и падению сопротивления).

3. Влияние примесей на проводимость

Для металлов наличие любых примесей нарушает идеальную структуру кристаллической решетки, создавая дополнительные центры рассеяния для электронов и, как следствие, увеличивая их сопротивление.

Для полупроводников контролируемое введение примесей (легирование) является ключевой технологией для управления их электрическими свойствами. Введение примесей с валентностью, отличной от валентности основного вещества, позволяет создавать полупроводники с преобладанием либо электронной (n-тип), либо дырочной (p-тип) проводимости. Легирование позволяет изменять проводимость полупроводников в огромных пределах, на много порядков.

Ответ:

Электрический ток в полупроводниках отличается от тока в металлах тремя основными аспектами:
1. Носители заряда: в металлах — только свободные электроны; в полупроводниках — электроны и дырки.
2. Зависимость сопротивления от температуры: у металлов сопротивление растет с повышением температуры; у полупроводников (собственных) — падает.
3. Влияние примесей: в металлах примеси, как правило, увеличивают сопротивление; в полупроводниках целенаправленное введение примесей (легирование) позволяет многократно изменять и контролировать их проводимость.