Напівпровідники

Напівпровідни́к — матеріал, електропровідність якого має проміжне значення між провідностями провідника та діелектрика. Відрізняються від провідників сильною залежністю питомої провідності від концентрації домішок, температури і різних видів випромінювання. Основною властивістю цих матеріалів є збільшення електричної провідності з ростом температури.

Напівпровідниками є речовини, ширина забороненої зони яких становить близько кількох електронвольт (еВ). Наприклад, алмаз можна віднести до широкозонних напівпровідників, а арсенід індію — до вузькозонних. До числа напівпровідників належать багато простих речовин хімічних елементів (германій, кремній, селен, телур,арсен та інші), величезна кількість сплавів і хімічних сполук (арсенід галію та ін.).

Типи напівпровідників в періодичній системі елементів[ред. • ред. код]

Неорганічні напівпровідники розділяють на типи:

• Одноелементні напівпровідники IV групи періодичної системи елементів. За сучасною хімічною класифікацією ця група називається група 14 періодичної системи елементів, але в фізиці заведено використовувати стару термінологію.
• Складні: двоелементний A^III B^V і A^II B^VI з третьої і п'ятої групи, і з другої і шостої групи елементів відповідно.

Всі типи неорганічних напівпровідників мають цікаву залежність ширини забороненої зони від періоду, а саме — зі збільшенням періоду ширина забороненої зони зменшується.

Залежно від того, чи віддає до мішковий атом електрон або захоплює його, його називають донорними або акцепторними. Характер домішки може змінюватися в залежності від того, який атом решітки вона заміщує, в яку кристалографічну площину вбудовується.

Напівпровідники — речовини, питомий опір яких дуже швидко зменшується з підвищенням температури.

Напівпровідники - речовини, які за своєю електропровідністю займають проміжне місце між провідниками і діелектриками

Взаємодія пари сусідніх атомів у напівпровідниках здійснюється за допомогою ковалентного зв'язку. В утворенні цього зв'язку від кожного атома бере участь по одному валентному електрону, які відщеплюються від атомів і під час свого руху велику частину часу проводять у просторі між сусідніми атомами. їх негативний заряд утримує позитивні іони один поблизу одного.

Кожний атом утворює чотири зв'язки із сусідніми, й будь-який валентний електрон може рухатися по одному з них. Дійшовши до сусіднього атома, він може перейти до наступного, а потім далі вздовж усього кристала. Валентні електрони належать усьому кристалу.

Ковалентні зв'язки напівпровідника достатньо міцні й за низьких температур не розриваються. Тому напівпровідники за низької температури не проводять електричний струм. Валентні електрони, що беруть участь у зв'язках атомів, міцно прив'язані до кристалічних решіток, і зовнішнє електричне поле не чинить помітного впливу на їхній рух

У разі нагрівання напівпровідника кінетична енергія частинок підвищується й відбувається розрив окремих зв'язків. Деякі електрони стають вільними, подібно до електронів у металі. В електричному полі вони переміщаються між вузлами решіток, утворюючи електричний струм.

Провідність напівпровідників, що зумовлена наявністю в них вільних електронів, називається електронною провідністю.

У тій парі атомів, звідки зовнішнім впливом — нагріванням або освітленням — електрон був переведений у вільний стан, з'являється надлишковий позитивний іон. Тепловий рух атомів кристала призводить до того, що який-небудь електрон із найближчих сусідніх атомів переходить до даного іона. Тоді позитивним іоном виявляється сусідній атом, звідки був “захоплений” електрон. Такий процес відбувається багато разів, і тому переміщення позитивного заряду всередині кристала, яке відображає насправді рух зв'язаних електронів від одного атома до іншого, називають рухом дірок. Легко побачити, що поява дірок у кристалі створює додаткові можливості для перенесення заряду. Під час створення в напівпровіднику електричного поля дірки переміщаються в тому напрямі, куди рухалися б позитивні заряди.

Напівпроводни́к n-ти́пу — напівпровідник, в якому основні носії заряду — електрони провідності.

Напівпровідни́к p-ти́пу — напівпровідник, в якому основними носіями заряду є дірки.