📌 Короткий зміст та головні тези:
- У напівпровідниках струм створюється двома типами носіїв заряду — вільними електронами та дірками.
- Власна провідність чистих напівпровідників зумовлена парним утворенням носіїв (n = p) під дією температури або світла.
- На відміну від металів, електричний опір напівпровідників різко знижується при підвищенні температури та освітленості.
Контрольні запитання
1. Чим напівпровідники відрізняються від металів?
- У напівпровідників опір зменшується з підвищенням температури та освітленості, а в металів із нагріванням він зростає і практично не залежить від світла.
- У металах носіями струму є лише вільні електрони, а в напівпровідниках діють два типи носіїв заряду — електрони та дірки.
- Провідність напівпровідників надзвичайно чутлива до наявності домішок у кристалі.
2. Як у чистих напівпровідниках з’являються вільні електрони?
Вільні електрони з’являються тоді, коли валентні електрони отримують достатню енергію (внаслідок нагрівання або поглинання квантів світла) для розриву ковалентних зв’язків і виходу в міжатомний простір кристалічної ґратки.
3. Поясніть механізм діркової провідності.
Коли електрон залишає зв’язок, на його місці виникає дірка. Електрон із сусіднього ковалентного зв’язку переходить на це вакантне місце, утворюючи нову дірку на своїй попередній позиції. Цей ланцюговий процес створює еквівалентний рух позитивно зарядженого квазічастинкового стану.
4. Чим зумовлена власна провідність напівпровідників?
Власна провідність чистого напівпровідника зумовлена виникненням парної кількості носіїв заряду — вільних електронів і дірок ($n = p$).
5. На якій властивості напівпровідників ґрунтується дія термісторів? Де їх застосовують?
Дія термісторів ґрунтується на різкому зменшенні електричного опору при підвищенні температури. Їх застосовують в електронних термометрах, температурних датчиках, системах протипожежної сигналізації, а також для захисту електричних кіл від перегріву та стрибків струму.
6. На якій властивості напівпровідників ґрунтується дія фоторезисторів? Де їх застосовують?
Дія фоторезисторів ґрунтується на зменшенні опору під впливом світлового випромінювання. Їх використовують у фотореле для автоматичного вмикання освітлення, у турнікетах метро, лічильниках готової продукції, оптичних сигналізаторах і сканерах.
Вправа № 7
1. Виберіть речовини, які мають електронно-діркову провідність: а) алюміній; б) германій; в) залізо; г) мідь; д) кремній.
Електронно-діркову провідність мають напівпровідники: б) германій та д) кремній (алюміній, залізо та мідь є металами й мають виключно електронну провідність).
2. Установіть відповідність між середовищем (1–3) і графіком залежності опору середовища від температури (А–Г).
| Середовище | Графік |
|---|---|
| 1 Метали | Б (лінійне зростання опору з температурою) |
| 2 Розчини електролітів | Г (нелінійне зменшення опору) |
| 3 Напівпровідники | А (експоненційне спадання опору до нуля) |
3. Чому внаслідок зменшення освітленості опір фоторезистора збільшується, адже до цього він був освітлений і в ньому з’явилося багато вільних електронів і дірок?
Після припинення освітлення генерація нових пар «електрон–дірка» зупиняється, а раніше утворені вільні електрони активно захоплюються вакантними місцями — відбувається процес рекомбінації. У результаті концентрація вільних носіїв заряду швидко зменшується до стану рівноваги, і опір напівпровідника знову зростає.
4. Дізнайтеся, як застосовують фоторезистори в космічній галузі.
У космічній техніці фоторезистори застосовують:
- У датчиках сонячної орієнтації, які допомагають супутникам автоматично спрямовувати панелі сонячних батарей на Сонце;
- У телеметричних системах контролю освітленості та спалахів;
- В оптичних каналах передавання даних та датчиках виявлення випромінювання в різних діапазонах спектра.
Поширені запитання та відповіді (FAQ)
❓ Чим провідність напівпровідників відрізняється від металів?
❓ Що таке власна провідність напівпровідників?
❓ Де застосовують термістори та фоторезистори?