Техника - молодёжи 1956-05, страница 10

ми. Естественно, что такое заполнение электронами одних дырок происходит за счет возникновения такого же числа дырок в других местах кристалла. В отсутствие внешнего элпктрического поля движение галантных электронов, то-есть замещение и освобождение связей, является хаотическим и поэтому как электрический гок не прог пь лея. Под иоздейст.ием же внешнего поля вся соьокупность валентных электронов стремится к такому распределению, чтобы полностью заполнить связи, расположенные ближе к положительному электроду, и оставить пустыми связи, более близкие к отрицательному электроду. Вь.-|ду того, что число дырок практически очень мало по сравнению с числом заполненных связей и они выделяются как особые, редко разбросанные точки на ебщем фойе множества заполненных связей, то результат движения сов жупносги всех валентных электронов можно проще изображать как перемещение относительно небольшого числа свободных пустых мест, или дырок. Но так как недостаток электрона в каком-либо атому означает избыток равного ему положительного заряда, то дырке условно приписывают обладание положительным згрядом. И поскольку для упор'цочен-ного перемещения дырок от атома к атому требуется внешпее воздействие, т |м приписывают также некоторую Д|Кректиьную массу. Заменяя описание реального движения всей совокупности галентных электронов упрощенной картиной перемещения дырок,

которым приписыпают определенные сиойст_>а, мы должны помнить об условности эюй замены.

ЭЛЕКТРОННЫЙ И ДЫРОЧНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИК

В предельно чистом полупроводнике каждой освобожденный электрон оставляет одну из валентных с»язей незаполненной, и поэтому число свободных электронов раано числу дырок. В электропроводности принимают участие ■ одинаксых количествах кач свободные электроны, так и образовавшиеся после их ухода дырки. Однако для практичпеких целей необходимо иметь еозможность изменять в полупроводнике соотношение между свободными электронами и дырками. Это достигается прибавлением соответствующих примессй к предельно чистсму полупроводнику. Для того чтобы »о входящих в четвертую группу периодической системы Менделеева т.ких полупроводниках, как германий, кремний, пробладали свободные электроны, в них Вв эдят в незначительной концентрации какой-либо элемент пя-1 ой группы, наприм< »р с ypi му. Она пятивалентна, то-есть наружна; электронная оболочка «.тома состоит из пяти члектронои.

Внедряясь в кристаллическую решетку, атомы сурьмы связываются с окружающими стемзми германия. Так как конц< h i рация вводимой примеси ничтожно мила, обычно около одной десятимиллионной, то общея структура

^*ИСТАЛЛ..ЧЕ< «х 1'ЕШЕТКА ИДЕАЛЬ-НОГГ m.i.HEKT ИК .МАЗ). Kai »

атом улерод:> прочно сгяэан с четырччя сосо/г.ими «.томами. Свободных эле тронов и оставшихся после их по-ери «ды-ро.<» — положительно иряженны* вто ош угл! рода -■ ни нет. П ээтому нет и дви-н нря носителей зарядов а кристалле. Это аналогично д ухэт< жному rap >жу, ■ котором д ижени автомашин к верхнем эт. 1же отсутствует (не- ссоСОд>-ьх эльктронс ). не озможно оно и на нижнем it 1Ж (нет ci юбодных мгет — «дырок»).

кристаллической решетки германия сохраняется и каждый j .том сурьмы связывается с четырьмя окружающими его атомами германия, для чего необходимо только четыре электрона. Пятый электрон у атома с/рьмы оказывается лишним, и поэтому связи его с окружением настолько слабы, что достаточно энергии около 0,01 электрон-вольта, чтоб их нарушить. При комнатной температуре энергия теплового движения вполне достаточна для того, чтобы практически каждый атом сурьмы окс-?ался лишенным этого электрона.

В результате в полупроводнике оказываются свободные электроны, количество которых практически pai но количеству атомов примеси. Уход электрона от атома сурьмы приводит к образованию лишь положительно заряженного иока сурьмы, обладающего четырьмя валентными электронами и становящегося по валентности подобным -ерманию. Все его связи с четырьмя окружающими атомами германия при этом оказываются заполненными, и поэтому освобождение электронов от атомов примеси не сопровождается возникновением дырок.

Если в предельно чистый германий ввести столь же незначительную примесь элемента, относящегося к третьей группе периодической системы Менделеева, kfk, напримэр, индий, то получается полупроводник, в котором преобладают дырки. Кождый атом примеси в этом случае, связываясь с соседними атомами, присоединяет к себе от них один недостающий ему электрон, чтобы стать четырехвалентным. Тем самым атом гримеси становится отрицательным ионом и довольно прочно удерживает захваченный лишний

ПОЛУПРОВОДНИКИ

На соседний цветной странице показаны некоторые из областей применения полупроводников. В цент? ^Ai ik. — кристалл ич^кая решьтка представителя б >ni и >й ьи полупроводниковые веществ — элемннтп гермгчия. Г экру' ниго и расположены наиболее инпресные примеры исполь-зов; IX вещее г.

П >-1 V ННЫ I ТОК — В ПОСТОЯННЫЙ. Благодари исключительно сыс кому neat" *> «циенту полезного действе, д остигающему 98 и даже 99в/„ и юсима малым р^'зм т ам полупроводниковые силовые .выпрямители призв ны сыграть сгсьма -■•ни) > роль а разви.ии coi ( г <ой эниргетин" а годы шестой г тилеп <. Радом с высоком с готкыми детекторами помазан с лоьой i >11 >ямит >ль с во^лным ох/ жде-нием, позволяющий пыпрямл* ь ток мощностью с мша 1 к т.

1 см2 not рхности германиевом или кремни.еого I ыпрями-телг способен выпрямить ток мощностью до 40 квт, поэтому кристалл величиной с записную книжку (1 0 кв. см, до с та "ч чей дл] лыпргмления пер м< ного toi отреблнеч..' элек-тр м мощн с тью в 4 * ыс л. с.

ТЕПЛО — L M1FKTP ^UE< К И Я ТОК. Если сильно нагр гь ci й из j,-iyx металлических стержней, то на концах стержней появится разность электрических потунци по., а если эти концы зимкнуп проводником, то ■ нем потечет электри-чс. кий ток. Прим. чени, полупроводнн >в позволило поднять кпд подобны» термочлеме» са до 6—7о/_в, что уж« позволило создать I¹ лый рнд практических прис .«ров. Hi болгше ч бага рея термоэлече. itob, к деааемая на к>ро1.иноьую лам-лу, или керогаз, i ыраСап ia >г электрический ток питающий станд >т ый С. тареш >1й при« ■ шик или колхс внук» ра-дио< т= дню «Урожа ■». В будущем, окружив такими б гарея-м а любой arpt,riT„ бес полезь i и: лучающий те пло (домны, па-ро ые кот ль и др.), можно буд г п ёвраВать го т.пло в < к-< риче< I 1й

ТЕПЛО — В ХОЛОД И ХОЛОД — В ТЕПЛО. Если пропускать электрический ток через сг.ай двух про(_одникоь, т одна

Ф

сторона спья становится теплой, а другая — холодной. Однако, только применяя полупооводники н спаи, удь.,ссь с< Д1" в р-взность температур, пригАную для практических цен й. На рисунка показан домашний хс ^ильник. в кото-

эм испо/ ьзог но wto явл н ие. Уже сойчас при помощи бктар^Й из гею полупроводников можно понижать температуру до —60^С. Это открывает воэмоь насть широкого и< г ования их для вагонов и судоэ-р< фрижераторо!

При nponycL. |нии тока а обратном к in пплепии /южно, наоборот, за счет понижения i >мперату| _i холодней стороны спая (на морозе) повышать темп* >ат- оу горгчей стороны и от и и 1ать жиле помещение.

АТОМНАЯ БАТАРЕЯ. ( вмещая пластинку (г^А'^активного вещэст1>а, изл) >ющую бета-частищ (злек ээны), например из тренция 90, с полупрокодникосым выпрямителем (дио дом), можно получить к юшечну > батарейку об>с~яом з доли кубического сантиметр , i ы^.батывлющую элвктриче" <ий ток в течениг 24 л«.т, Эпектричоский ток можно создавать и дейовисм тмша-луч. и. В будущем мысЛтся возможность, окру: ии ядерный роакто > (ольшим количеством таких Ыа гарей, npi зращ гь энергию гамма-лучей, бесполезно те|<емую ссп«.~<, в элсктоический ток.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ. Пока занные на ладони человикп разлииные образд . приборов — диоды и три) ды —поп-Юля* г совершить революцию в рэ-дис ехнике и заменит. до 90о/_а вевх радиоламп.

Полупроводниковый I г <бор 1влгатс и —_ эдым телом, не бояи|"м:я сильных ударов и толчкои. Он, противоположность хрупкой, сложной и капризной радиолампе, но нуждается II нити накала для с=сэй работы и поэ >му за ра-4ииает ишь >/iqoooo l^Ci"° 'лектроз ергии, потребля мой вакуумной юмпий. Обычный батарейный приемник за год t-юей работы расходует батареи, стоимость которых по'^т рлна стоимости самого приемник~|. Использование полупро-зодникои х прнбе jb поз оля«1 сконетруирое ть п >ием .к *:эсом не больше 0,3 кг, батарейка, напряжением в .5—30 в и :эс р и я . 250—300 г, позволит питать такой приемник i течение года и больше.

8