Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.
Примесную проводимость полупроводников рассмотрим на примере Ge и Si, в которые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Например, при замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка (рис. 319, а) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решетки отщеплен от атома, т. е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи; следовательно дырка не возникает. Избыточный положительный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и поэтому перемещаться по решетке не может.
С точки зрения зонной теории рассмотренный процесс можно представить следующим образом (рис. 319, б). Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня D валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии DED=0,013 эВ. Так как DED<kT, то уже при обычных температурах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости; образующиеся при этом положительные заряды локализуются на неподвижных атомах мышьяка и в проводимости не участвуют.
Докладов на тему "Простые механизмы" - много. Но хочется дополнить их некоторыми дополнительными соображениями. Высказывание Архимеда - "Дайте мне точку опоры и я переверну мир!" - заменить на желание Землян - "Мы сохраним Землю и изменим жизнь на ней." - "Умножим не силу, а знания", " - это как эпиграф к докладу. Рисунок 1 в приложении. 2. Подключим науку - ИСТОРИЮ - и вспомним, что у первобытного человека была только - ТОЧКА опоры и РАЗУМ (пусть и не большой). Простые механизмы создавались не просто из "простых деталей" , а появились в руках Человека Разумного - и это - ПАЛКА, ТОПОР, КОЛЕСО. Это теперь мы называем по-научному - палка стала ЛИНИЕЙ (рычагом), топор превратился в УГОЛ (наклонную плоскость), а колесо, стало КРУГОМ (ДИСКОМ) и только после того когда на нем сделали канавку превратился в блок. (Сейчас "принято" колесо не включать в простейший механизм - и это не правильно). 3. И так, человек просто поднял с земли палку и ... получился рычаг 2-го рода. Добавим колесо и получим обычную тележку (для магазина), а вспомнив про точку опоры и поместив в неё колесо получим уже - рычаг 1-го рода -садовую тележку большой грузоподъемности . Основной вес груза будет воздействовать на колесо, а удерживать надо только разность сил, которая зависит от правильного положения груза. (Рис. 2) 4. Всем нам известен топор - клин - где при постоянным угле получается увеличение силы. Интересный механизм получается, когда за счет изменения угла значительно увеличивается сила. Это камнедробилки для получения щебня из гранита. (Рис. 3). 5. Одним из простых механизмов считается винт - наклонная плоскость на цилиндре. Вспоминают даже винтовые насосы, но мы редко вспоминаем удивительный механизм под названием - шнек. Это спираль на цилиндре, но с изменяющимся шагом. (рис. 4) - всем известная мясорубка. Здесь важно, что при вращении рукоятки происходит изменение объёма в пределах одного витка, увеличивается давление на измельчаемый продукт. 6. Не забудем также про спираль Архимеда - равномерное движение по радиусу при равномерном вращении. Это современные компакт-диски. Как много информации удается записать на такой длинной линии. 7. Считается, что простые механизмы изменяют значение прилагаемой силы, а вот блок, ворот и противовес в лифте позволяют изменить и размеры кабины. К сожалению все интересные простые механизмы не описать в одном докладе.
Проводимость полупроводников, обусловленная примесями, называется примесной проводимостью, а сами полупроводники — примесными полупроводниками. Примесная проводимость обусловлена примесями (атомы посторонних элементов), а также дефектами типа избыточных атомов (по сравнению со стехиометрическим составом), тепловыми (пустые узлы или атомы в междоузлиях) и механическими (трещины, дислокации и т. д.) дефектами. Наличие в полупроводнике примеси существенно изменяет его проводимость. Например, при введении в кремний примерно 0,001 ат.% бора его проводимость увеличивается примерно в 106 раз.
Примесную проводимость полупроводников рассмотрим на примере Ge и Si, в которые вводятся атомы с валентностью, отличной от валентности основных атомов на единицу. Например, при замещении атома германия пятивалентным атомом мышьяка (рис. 319, а) один электрон не может образовать ковалентной связи, он оказывается лишним и может быть легко при тепловых колебаниях решетки отщеплен от атома, т. е. стать свободным. Образование свободного электрона не сопровождается нарушением ковалентной связи; следовательно дырка не возникает. Избыточный положительный заряд, возникающий вблизи атома примеси, связан с атомом примеси и поэтому перемещаться по решетке не может.
С точки зрения зонной теории рассмотренный процесс можно представить следующим образом (рис. 319, б). Введение примеси искажает поле решетки, что приводит к возникновению в запрещенной зоне энергетического уровня D валентных электронов мышьяка, называемого примесным уровнем. В случае германия с примесью мышьяка этот уровень располагается от дна зоны проводимости на расстоянии DED=0,013 эВ. Так как DED<kT, то уже при обычных температурах энергия теплового движения достаточна для того, чтобы перебросить электроны примесного уровня в зону проводимости; образующиеся при этом положительные заряды локализуются на неподвижных атомах мышьяка и в проводимости не участвуют.
Высказывание Архимеда - "Дайте мне точку опоры и я переверну мир!" - заменить на желание Землян - "Мы сохраним Землю и изменим жизнь на ней." - "Умножим не силу, а знания", " - это как эпиграф к докладу.
Рисунок 1 в приложении.
2. Подключим науку - ИСТОРИЮ - и вспомним, что у первобытного человека была только - ТОЧКА опоры и РАЗУМ (пусть и не большой).
Простые механизмы создавались не просто из "простых деталей" , а появились в руках Человека Разумного - и это - ПАЛКА, ТОПОР, КОЛЕСО. Это теперь мы называем по-научному - палка стала ЛИНИЕЙ (рычагом), топор превратился в УГОЛ (наклонную плоскость), а колесо, стало КРУГОМ (ДИСКОМ) и только после того когда на нем сделали канавку превратился в блок.
(Сейчас "принято" колесо не включать в простейший механизм - и это не правильно).
3. И так, человек просто поднял с земли палку и ... получился рычаг 2-го рода. Добавим колесо и получим обычную тележку (для магазина), а вспомнив про точку опоры и поместив в неё колесо получим уже - рычаг 1-го рода -садовую тележку большой грузоподъемности . Основной вес груза будет воздействовать на колесо, а удерживать надо только разность сил, которая зависит от правильного положения груза. (Рис. 2)
4. Всем нам известен топор - клин - где при постоянным угле получается увеличение силы. Интересный механизм получается, когда за счет изменения угла значительно увеличивается сила. Это камнедробилки для получения щебня из гранита. (Рис. 3).
5. Одним из простых механизмов считается винт - наклонная плоскость на цилиндре. Вспоминают даже винтовые насосы, но мы редко вспоминаем удивительный механизм под названием - шнек. Это спираль на цилиндре, но с изменяющимся шагом. (рис. 4) - всем известная мясорубка. Здесь важно, что при вращении рукоятки происходит изменение объёма в пределах одного витка, увеличивается давление на измельчаемый продукт.
6. Не забудем также про спираль Архимеда - равномерное движение по радиусу при равномерном вращении. Это современные компакт-диски. Как много информации удается записать на такой длинной линии.
7. Считается, что простые механизмы изменяют значение прилагаемой силы, а вот блок, ворот и противовес в лифте позволяют изменить и размеры кабины.
К сожалению все интересные простые механизмы не описать в одном докладе.