Особые вещества, имеющие выраженную ширину запрещенной зоны (), благодаря чему при температурах, близких к 0 К, в зоне проводимости у них отсутствуют электроны и они ведут себя как изоляторы.
Типичными полупроводниками являются германий и кремний.
Типы полупроводников
Все полупроводники делят на три большие группы:
- атомные полупроводники (имеют атомную кристаллическую решетку) – бор, кремний, фосфор, сера, германий, селен, цирконий, серое олово и др. Эти элементы относятся к IV, V, VI группам периодической системы элементов Д. И. Менделеева и образуют компактную группу, слева от которой размещаются элементы с выраженными металлическими свойствами, а справа – с металлоидными;
- полупроводники с ионной кристаллической решеткой, в которой атомы связаны кулоновскими силами, например CdS, PbS;
- полупроводниковые соединения с валентными связями, в которых атомы образуют кристаллы типа одной гигантской молекулы (карбид кремния, антимонид индия, арсенид галлия и др.).
Германий как пример полупроводника
Он относится к IV периоду и IV группе периодической системы элементов. В его электронной оболочке 32 электрона:
Электроны внутренних насыщенных слоев (К, L, Μ, N) не участвуют в химических реакциях. Четыре электроны в наружном слое N связаны с ядром атома слабо (валентные электроны) и могут химически связываться с другими атомами. В простейшем случае такая связь осуществляется двумя валентными электронами, которые принадлежат обоим взаимодействующим атомам. Связи могут образовываться также двумя или тремя парами электронов.
Такую химическую парноэлектронную связь атомов называют ковалентной.
Когда из отдельных атомов германия образуется кристаллическая решетка, в процессе сближения атомов каждый валентный электрон вместо того, чтобы вращаться вокруг своего ядра, начинает вращаться вокруг двух ядер – своего и соседнего. На рисунке ниже изображено плоскую диаграмму парноэлектронных связей в германии:
Под воздействием электрического поля валентные электроны германия переходят на более высокие энергетические уровни зоны проводимости и в металле возникает электрический ток, чего не бывает в полупроводниках, поскольку запретная зона накладывает свое «вето» на валентные электроны и при Т = 0 К полупроводник является обычным диэлектриком. Чтобы германиевый полупроводник стал проводником, следует часть его электронов перевести из валентной зоны в зону проводимости. Для этого нужна дополнительная энергия.
Вы можете заказать написание статьи по физике для публикации на Студворк!
Комментарии