Ток в газах

Газы при нормальных условиях являются диэлектриками. Под действием ионизатора (нагрев, электромагнитное или радиоактивное излучения и др.) часть молекул газа ионизируется.

П лазма – частично или полностью ионизированный газ. Плазма (газ) обладает электронно-ионной проводимостью.

Электрический разряд – процесс протекания тока через газ. Различают несамостоятельный разряд – разряд, протекающий только при наличии ионизатора, и самостоятельный разряд – разряд, сохраняющийся после прекращения действия ионизатора.

Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводниках Полупроводники

Полупроводники – вещества, удельное сопротивление которых может меняться в широких пределах и быстро уменьшаться с увеличением температуры.

Широко применяемыми полупроводниками являются германий, кремний, теллур.

Р ассмотрим на примере германия собственную проводимость – проводимость чистых полупроводников. Кристалл германия – это атомная кристаллическая решётка с парноэлектронными (ковалентными) связями. Плоская модель кристалла показана на рисунке.

Разрыв связи приводит к образованию свободного электрона и свободного (вакантного) места в ковалентной связи, называемого дыркой.

Дырка, как недостаток электрона, обладает положительным элементарным зарядом. На освободившееся место может переместиться соседний электрон, что равносильно смещению дырки. Движение дырки по кристаллу повторяет движение свободного заряда. Полупроводники обладают электронно-дырочной проводимостью.

Проводимость n-типа (от «negativus» – отрицательный) – перенос заряда через полупроводник свободными электронами.

Проводимость p-типа (от «positivus» – положительный) – перенос заряда через полупроводник дырками.

Свободный электрон и дырка образуются или исчезают (рекомбинируют) попарно и одновременно, поэтому в чистых полупроводниках концентрации свободных электронов и дырок равны. Общая электропроводность чистого полупроводника складывается из равных проводимостей n- и p-типа.

Возможность управления числом свободных зарядов в полупроводниках лежит в основе их широкого применения. Сопротивление полупроводников зависит от температуры и действия внешних факторов, например, освещения. Нагрев или излучение приносят энергию, достаточную для разрушения ковалентных связей. Концентрация свободных зарядов возрастает, и сопротивление полупроводника уменьшается. Эти явления лежат в основе работы термо- и фоторезисторов.

Влияние примесей на электрические свойства полупроводников

Х арактер проводимости полупроводника меняется при добавлении в него примесей – атомов других химических элементов.

Примесь большей валентности. На рисунке показан пример добавления к четырёхвалентному германию атома пятивалентного мышьяка.

Мышьяк использует четыре валентных электрона для образования ковалентных связей с соседями, а пятый валентный электрон теряет. Образуются положительный ион мышьяка и свободный электрон. Под действием электрического поля такой электрон участвует в протекании электрического тока. Полупроводники с примесью большей валентности обладают преимущественно электронной проводимостью (n-типа). Саму примесь, дающую электроны, называют донорной (от «donare» – дарить).

П римесь меньшей валентности. На рисунке показан пример добавления к четырёхвалентному германию атома трёхвалентного индия.

Индий использует три валентных электрона для образования ковалентных связей с соседями, а связь с четвёртым соседом остаётся неполной. Электрон соседней ковалентной связи может занять пустое место. Образуются отрицательный ион индия и дырка. Под действием электрического поля дырка участвует в протекании электрического тока. Полупроводники с примесью меньшей валентности обладают преимущественно дырочной проводимостью (p-типа). Саму примесь, забирающую электроны, называют акцепторной (от «acceptor» – приёмщик).