Техника - молодёжи 1940-08-09, страница 14

© © ©

е © е /

©ee-@©©G<?

© © © © © е з

\

®©е©©©©5

е—

4

Схема *,дырочного» образования тока. На место удалившегося электрона, называемое «положительной дыркойпереходит соседний электрон слева. На месте этого последнего образуется также дырка, которая заполняется другим ближайшим слева электроном, и т. д. Так отрицательно заря-женные электроны передвигаются вправо, а положительная дырка перемещается влево. Это и есть дырочный ток.

число незанятых уровней, но, для того чтобы электрон мог занять какой-либо из них, ему нужно придать значительную добавочную энергию. Так как при обычной температуре атомы находятся в постоянном тепловом движении, то -энергию, необходимую для скачка на свободный уровень, электрон может получать за счет этого движения. Тепловое движение крайне не упорядочено; все же электрону время от времени удается получить большую дополнительную энергию, необходимую для достижения свободного уровня. Тогда электрон уже может, подчиняясь внешним электрическим силам, переходить в соседние свободные состояния, может двигаться в одну или другую сторону и, следовательно, переносить ток, как в металле. Но ток здесь определяется только теми немногими электронами, которым удалось перейти в один из свободных уровней. Эти электроны через некоторое время снова возвращаются в состояния с нормальной энергией. 'Их место на свободных уровнях занимают другие электроны. Такова картина полупроводника.

Из этой картины вытекает важное следствие: в полупроводниках ток может получить новый, своеобразный характер. Так как часть электронов под действием теплового движения перешла на свободные уровни повышенной энергии, ?то среди нормальных состояний образовалось соответственное число свободных мест. Теперь для оставшихся там электронов нет уже полного запрета изменять свое движение, они могут «перейти в одно из немногих освободившихся «пустых» состояний. Значит, и эти электроны могут участвовать в прохождении тока. Но как (будет выглядеть такой ток?

Электрон, перешедший на свободные уровни, может перемещаться по всему кристаллу, он удалится от своего атома. В том же месте, где он прежде находился, теперь нехватает его отрицательного заряда, следовательно, здесь появился избыток положительного заряда. Приложим к полупроводнику напряжение, создав внутри него электрические силы. Они могут быть направлены, например, так, чтобы электроны смещались слева направо; тогда на свободное место,

оставленное электроном (это место часто называют положительной дыркой), перейдет ближайший слева электрон. Дырка будет заполнена, но зато появится такая же дырка слева. Она, в свою очередь, заполнится электроном», находящимся от нее слева, и т. д. Положительная дырка будет «перемещаться все время справа налево, то есть в том направлении, в котором двигался бы в данном электрическом поле положительный заряд. Таким образом, хотя мы имеем дело с движением отрицательных электронов вправо, но их переход происходит так, что место, где находится положительная дырка, все время перемещается влево. Такой механизм тока в полупроводниках часто называют дырочным, тогда как ранее описанное перемещение немногих электронов, находящихся на свободных уровнях, называют электронным механизмом тока.

Дальнейшие исследования показали, что эти интересные свойства полупроводников во много раз увеличиваются от посторонних примесей. Так, например, достаточно иногда ввести в вещество всего лишь один процент примеси, чтобы повысить эффект в миллионы раз. Этим приемом мы широко и успешно пользуемся на практике.

Энергия, необходимая для перехода электрона в свободное состояние, может быть получена не только от теплового движения, но и от световых лучей. Число свободных электронов тогда увеличивается. Ток, проходивший через полупроводник в темноте, резко возрастает при освещении. Это явление называется внутренним фотоэлектрическим эффектом.

Если же электрон, поглотивший свет, находится у самой поверхности вещества, он может оторваться от атомов и выйти во внешнюю «среду. Такое явление называют внешним фотоэффектом. Поток таких электронов является носителем электрического тока. На использовании обоих видов фотоэффекта и построены современные фотоэлементы — приборы, дающие ток под влиянием света.

В полупроводниках удалось обнаружить чрезвычайно интересную разновидность фотоэффекта. Если

Свет

Прозрачный слой золота

Закись меди

Схема фотоэлемента с запорным слоем. Когда на него падают лучи света, в тонком промежуточном слое между закисью меди и золотом создается разность потенциалов, которая при замыкании цепи дает электрический ток.

покрыть определенным образом закись меди тончайшим прозрачным слоем металла, то при освещении металл заряжается отрицательно по отношению к по'-лупроводнику — закиси меди. В тонком промежуточном слое между закисью меди и металлом создается разность потенциалов (в несколько десятых вольта), которая при замыкании цепи создает ток. Этот ток не требует, как видим, внешних источников. Его энергия целиком доставляется одним только светом. Правда, из световой энергии в электрическую переходит здесь всего несколько сотых процента, но и это много больше, чем при внешнем фотоэффекте.

Разность потенциалов в тонком промежуточном слое указывает на то, что этот слой обладает очень

12