Общие сведения о полупроводниках

Большая группа веществ с электронной электропроводностью, удельное сопротивление которых при нормальной температуре лежит между удельными сопротивлениями проводников и диэлектриков, может быть отнесена к полупроводникам. Электропроводность полупроводников в сильной степени зависит от внешних энергетических воздействий, а так же от различных примесей, иногда в ничтожных количествах присутствующих в теле собственного полупроводника.

Управляемость электропроводностью полупроводников температурой, светом, электрическим полем, механическими усилиями положена соответственно в основу принципа действия терморезисторов (термисторов), фоторезисторов, нелинейных резисторов (варисторов), тензорезисторов и т. д.

Наличие у проводников двух типов электропроводности — «электронной» (n) и «электронно-дырочной» (p) позволяет получить полупроводниковые изделия с p-n-переходом.

При существовании в полупроводнике p-n-перехода возникает запрещающий слой, которым обуславливается выпрямительный эффект для переменного тока. Наличие двух и более взаимно связанных переходов позволяет получить управляемые системы — транзисторы.

На использовании возможностей p-n-переходов основаны важнейшие применения полупроводников в электротехнике. Сюда относятся различные типы как мощных, так и маломощных выпрямителей, усилителей и генераторов. Полупроводниковые системы могут быть с успехом использованы для преобразования различных видов энергии в энергию электрического тока с такими значениями коэффициента преобразования, которые делают их сравнимыми с существующими преобразователями других типов, а иногда и превосходящими их.

Примерами полупроводниковых преобразователей могут служить солнечные батареи (с к.п.д. порядка 11%). При помощи полупроводников можно получить и охлаждение на несколько десятков градусов.

Использующиеся в практике полупроводниковые материалы могут быть подразделены на простые полупроводники (элементы); полупроводниковые химические соединения и полупроводниковые комплексы (например, керамические полупроводники); стеклообразные и жидкие полупроводники.

Простых полупроводников существует около десяти, они приведены в таблице. В современной техники особое значение получили германий, кремний и селен.

Таблица 1 Простые электронные полупроводники

Примечание. В некоторых модификациях свойствами полупроводников обладают еще олово (серое), сурьма и углерод.

Изготовленные из полупроводниковых материалов приборы обладают целым рядом преимуществ, к ним относятся:

• 1) большой срок службы;
• 2) малые габариты и вес;
• 3) простота и надежность конструкции, большая механическая прочность (не боятся тряски и ударов);
• 4) полупроводниковые приборы, заменяющие электронные лампы, не имеют цепей накала, потребляют незначительную мощность и обладают малой инерционностью;
• 5) при освоении в массовом производстве они экономически целесообразны.

Контрольные вопросы:

• 1. Проводниковые материалы.
• 2. Материалы высокой проводимости. Сверхпроводники и криопроводники.
• 3. Общие сведения о полупроводниках.