Вопросы, страница 61 - гдз по физике 8 класс учебник Кабардин

Вопросы

1. Какие частицы являются носителями электрических зарядов в полупроводниках?

2. Почему электрическое сопротивление полупроводников уменьшается при повышении температуры?

3. Как устроен полупроводниковый диод и каково его основное свойство?

1. В полупроводниках носителями электрических зарядов являются частицы двух типов: электроны и дырки. При приложении достаточной энергии (например, тепловой) электрон может разорвать ковалентную связь и стать свободным, перемещаясь по кристаллической решетке. Такую проводимость называют электронной или проводимостью n-типа. Место, которое покинул электрон, становится вакантным и называется дыркой. Эта дырка ведет себя как положительно заряженная частица, так как на ее место может переместиться электрон из соседней связи, что равносильно перемещению дырки в обратном направлении. Этот тип проводимости называют дырочной или проводимостью p-типа. В чистых (собственных) полупроводниках количество свободных электронов равно количеству дырок. В легированных (примесных) полупроводниках, в зависимости от типа примеси, преобладают либо электроны (в полупроводниках n-типа), либо дырки (в полупроводниках p-типа).

Ответ: Носителями электрических зарядов в полупроводниках являются свободные электроны (отрицательно заряженные) и дырки (условно положительно заряженные).

2. Электрическое сопротивление полупроводников уменьшается при повышении температуры из-за резкого увеличения концентрации носителей заряда. В отличие от металлов, где количество свободных электронов практически постоянно, в полупроводниках при нагревании увеличивается тепловая энергия атомов кристаллической решетки. Эта энергия расходуется на разрыв ковалентных связей, в результате чего образуются новые пары свободных носителей "электрон-дырка". Рост концентрации носителей заряда $\text{n}$ происходит по экспоненциальному закону. Проводимость $\sigma$ прямо пропорциональна концентрации носителей: $\sigma = n \cdot e \cdot (\mu_n + \mu_p)$, где $\text{e}$ - элементарный заряд, а $\mu_n$ и $\mu_p$ - подвижности электронов и дырок. Хотя рост температуры и приводит к небольшому снижению подвижности носителей из-за усиления колебаний атомов решетки, этот эффект значительно слабее, чем эффект увеличения их концентрации. Поскольку электрическое сопротивление $\text{R}$ обратно пропорционально проводимости ($\sigma$), его значение падает с ростом температуры.

Ответ: При повышении температуры в полупроводнике резко возрастает число свободных носителей заряда (электронов и дырок), что приводит к увеличению его электропроводности и, как следствие, к уменьшению сопротивления.

3. Полупроводниковый диод — это электронный прибор, созданный на основе одного кристалла полупроводника, в котором сформированы две области с разными типами проводимости: одна область имеет дырочную проводимость (p-тип), а другая — электронную (n-тип). Граница между этими областями называется p-n-переходом. В момент создания такого перехода из-за диффузии основных носителей заряда (электронов из n-области в p-область и дырок из p-области в n-область) вблизи границы образуется обедненный слой, лишенный свободных носителей, и возникает внутреннее электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии. Основное свойство диода — это односторонняя проводимость. Оно заключается в следующем:

• При подключении к диоду прямого напряжения (плюс источника к p-области, минус — к n-области), внешнее поле ослабляет внутреннее поле p-n-перехода, обедненный слой сужается, и через диод начинает протекать значительный ток.

• При подключении обратного напряжения (минус к p-области, плюс — к n-области), внешнее поле усиливает внутреннее, обедненный слой расширяется, и ток через диод практически не идет (протекает лишь очень малый обратный ток, обусловленный неосновными носителями).

Ответ: Полупроводниковый диод представляет собой p-n-переход. Его основное свойство — односторонняя проводимость, то есть способность хорошо пропускать электрический ток в одном направлении (прямом) и практически не пропускать его в противоположном (обратном) направлении.