Вырвавшийся из межатомной связи электрон становится «свободным», а там где он находился до этого, образуется пустое место, которое условно называют дыркой. Большая часть полупроводников, образованных четырехвалентными атомами, имеет собственную проводимость. При воздействии электрического поля в материалах начинается движение носителей заряда. Зависимость между скоростью движения и величиной напряженности электрического поля при отсутствии влияния нагрева называется подвижностью. Рост числа взаимных столкновений является причиной того, что при увеличении концентрации подвижность падает. Дырочный полупроводник или р-тип (от латинского positive – положительный) содержит в структуре примесные трёхвалентные атомы, акцепторы. Создание в кристаллах полупроводников нескольких р-n-переходов открывает возможности для изготовления транзисторов и интегральных схем. Эта особенность реализована в светодиодах, которые имеют большой КПД и с успехом конкурируют с лампами накаливания.Свойства р-n-перехода используются и в транзисторе. Он имеет два связанных друг с другом р-n-перехода, технология изготовления которых похожа на технологию изготовления диода. Система р-n-р или n-р-n -переходов транзистора работает в различных электронных приборах, выполняя роль усилителя или электронного ключа. Полупроводниковые приборы вытеснили электронные лампы и другие классические радиокомпоненты почти из всех видов техники. Объёмные свойства полупроводника могут сильно зависеть от наличия дефектов в кристаллической структуре. И поэтому стремятся выращивать очень чистые вещества, в основном для электронной промышленности. Легирующие примеси вводят для управления величиной и типом проводимости полупроводника. Например, широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si. Для получения кремния с дырочным типом проводимости (p-Si) используют бор (акцептор). В совокупности это делает его востребованным при выпуске электронных приборов ограничения перенапряжения, варисторов, разрядников, тиристоров и иных коммутационных устройств, а также для высоковольтных диодов. За последние 70 лет полупроводники стали ключевым элементом в производстве электроники. С момента изобретения транзистора мир электроники всегда находился на экспоненциальной кривой с точки зрения исследований, разработок, производства, создания новых устройств и технологий. Электроны не ведут себя как объекты на макроуровне; во многом игнорируя законы кинематики Ньютона. При добавлении каких-либо примесей структура кремния остаётся неизменной, зато меняется число носителей заряда. Проводимость полупроводника в результате термогенерации электронно-дырочной пары называется собственной проводимостью. Именно они и представили собой первые ПП, но само название «полупроводник» появилось немного позже. Примесные полупроводники электрически нейтральны и обладают проводимостью, определяемой видом примеси. Практически во всех твердых веществах проводимость обеспечивается свободными электронами. Повышение температуры даёт возможность электрону оторваться от ядра. Примерами проводников являются металлы, вода, земля, тело человека. В зависимости от физической структуры устройства следующий список подразделяется на устройства с двумя терминалами и устройства с тремя терминалами. Для перехода из первого положения во второе нужно обеспечить их вспомогательной энергией. Движение электронов в кристаллических структурах (металлах, полупроводниках, диэлектриках) описывается с помощью квантовой теории твёрдых сред. В 1956 году все трое были награждены Нобелевской премией по физике. В заключение мы вкратце коснемся закона Мура и того, что произойдет, когда производство полупроводников достигнет пределов, установленных законами физики. Иначе говоря, при увеличении температуры ток начинается протекать быстро и беспрепятственно в кристаллической решетке материала, селен становится проводником. Электрическая проводимость таких материалов меняется под влиянием температур. Это качество позволяет применять их в приборах, связанных с температурными измерениями. Они намного чувствительнее, чем простые металлические термометры сопротивления. Главным признаком диэлектриков является зависимость их проводимости от температуры. Так, если взять металлический проводник и нагревать его, то сопротивление такого проводника будет увеличиваться (рис. 1.65-а). Безо всяких сомнений, полупроводники — основа современной электроники, и останутся таковыми по крайней мере еще многие столетия. Полупроводниковые материалы: примеры полупроводников Переходные металлы в свою очередь являются отличными проводниками тепла. Но если вы нагреете медный провод, он станет менее проводящим и будет вести себя скорее как электрический изолятор. Нагревание полупроводников, наоборот, делает их более проводящими. Образовавшуюся новую дырку после второго электрона, заполняет третий освободившийся электрон, находящийся рядом с этой дыркой (рисунок №1). В свою очередь дырки, находящиеся ближе всего к отрицательному полюсу, заполняются другими освободившимися электронами (рисунок №2). Каждый атом собственного полупроводника имеет 4 валентных электрона; то есть 4 электрона, вращающиеся во внешнем слое каждого атома. В свою очередь каждый из этих электронов образует связи со смежными электронами. Затем були разрезают на тонкие пластины-подложки толщиной всего в несколько миллиметров, которые шлифуются и полируются до безупречного зеркального блеска. После этого на них методом фотолитографии с использованием интенсивного света наносятся функциональные рисунки (такие как резисторы, транзисторы и конденсаторы). В следующей статье мы расскажем о создании микрочипа, рождении современной Кремниевой долины, а также о состоянии полупроводниковой индустрии сегодня. Свойствами полупроводников обладают многие другие элементы и вещества, например германий, но в подавляющем большинстве случаев сегодня используется кремний. Для того, чтобы усилить особые свойства полупроводников, они обогащаются добавками — например, мышьяком. Добавление примесей — отдельная непростая задача, которую можно решить множеством способов. Некоторые полупроводниковые материалы обладают свойствами ферромагнетиков, что позволяет создавать устройства с новыми областями применения. В оптоэлектронике наиболее часто используются такие материалы, которые поглощают излучение в том случае, когда ширина запрещенной зоны меньше энергии кванта. Сильная зависимость собственной проводимости от значения температуры является основным физическим свойством полупроводников. При подключении к источнику напряжения полупроводник будет передавать энергию при определенных условиях, но если вы измените условия, то количество энергии, проходящее через полупроводник, также изменится. Без электроэнергии даже самый современный полупроводник останется всего лишь красивым камнем. В настоящее время полупроводниковые приборы находят широкое применение в радиотехнике, автоматике, вычислительной технике, телемеханике. Светодиодах, используемых в качестве источника инфракрасного излучения, знаковых индикаторах, полупроводниковых лазерах. Поскольку оба эти элемента при преодолении перехода переносят электрический заряд – в цепи начнет течь постоянный ток (фото ниже). Собственные полупроводники, максимальная доля примеси в которых составляет 1 на 10 миллиардов, являются плохими проводниками. Учитывая их свойства, можно менять проводимость материалов, воздействуя на них магнитными силами (полем). Магнитные полупроводники представляют собой ферромагнетики с собственной магнитной подрешёткой, а немагнитные – диамагнитную кристаллическую матрицу. Немагнитные включают в себя элементы, химические соединения, твёрдые растворы. В полупроводниках с ионной кристаллической решёткой атомы связаны кулоновскими силами, например, сульфид свинца. Ко второй группе полупроводниковых приборов принадлежат приборы, в которых используются специфические свойства р-n-переходов. Проводимость определяется основными носителями, поэтому полупроводниковые материалы n-типа обладают электронной проводимостью. Ширина разрешённой зоны обычно составляет несколько электрон-вольт. Акцепторные примеси захватывают валентные электроны и создают подвижные дырки, но число электронов проводимости не увеличивают. А это значит, что в полупроводнике p-типа основными носителями заряда являются дырки, а не основными — электроны. При температуре выше абсолютного нуля один из валентных электронов соседних атомов, получив достаточную