Проводимость проводника

Как известно, полупроводниковыми называются материалы, удельная электропроводность которых лежит между электропроводностью металлов (0 > Шв См/м) и диэлектриков (сг<10~8 См/м). Особенность полупроводников состоит в том, что их электропроводность может изменяться в широких пределах под воздействием температуры, освещенности, ионизирующих излучений и т. д. Проводимость полупроводников можно изменять введением незначительных количеств примесей, такие примеси (донорные и акцепторные) .называют легирующими. В природе -известно более двух тысяч веществ, обладающих полупроводниковыми свойствами. Преимущественно это твердые вещества монокристаллической, поликристаллической или аморфной структуры. Наиболее широко применяют монокристаллы кремния Si, германия Ge, арсенида галлия GaAs, фосфида галлия GaP, сульфида кадмия CdS, сульфида цинка ZnS, карбида кремния SiC. В ближайшем будущем можно ожидать применение ..в качестве полупроводникового материала искусственного алмаза, обладающего свойствами легированного полупроводника с шириной запрещенной зоны около 5,6 эВ.

С точки зрения конструирования и эксплуатации полупроводниковых устройств очень важным параметром является удельная проводимость полупроводников. Поскольку в полупроводниках имеется два типа носителей заряда, удельная проводимость ст складывается из двух составляющих: электронной и дырочной. Для электронного полупроводника (электронной составляющей) можно записать

Рабочий температурный диапазон полупроводниковых приборов ограничен снизу /а,т, а сверху — Гкр. Абсолютное большинство полупроводниковых устройств электроники используется в этом диапазоне температур (обычно, даже в более узком диапазоне: — 60 н—100°С). Таким образом, при реальной эксплуатации проводимость полупроводников уменьшается с ростом температуры.

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

4. СОБСТВЕННАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

5. ПРИМЕСНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПРОВОДИМОСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ

зону, что приведет к росту собственной проводимости, которая может расти непрерывно. В то же время примесная проводимость имеет предел (один атом примеси приходится на 107—108 атомов полупроводника), соответствующий ионизации всех наличных примесных атомов. Следовательно, при достаточно высокой температуре проводимость полупроводников всегда бывает почти собственной.

Глава I. Электрическая проводимость полупроводников...... 4

5. Примесная электрическая проводимость полупроводников . . 12 6. Электронно-дырочный переход............... 16

Изменение проводимости полупроводников от изменения температуры или приложенного напряжения используется для создания терморезисторов и вари с тор о в. Проводимость полупроводников зависит также от механических воздействий, что позволяет создавать тензорезисторы, используемые для измерения механических деформаций, давлений, усилий, перемещений и т. д.

4-11. Проводимость полупроводников ........ 159

где В = ц.0цН — магнитная индукция; D = 80еЕ — электрическая индукция; J = уЕ — плотность тока проводимости; у -— удельная проводимость проводника; ц •— относительная магнитная проницаемость; [i0 = 4я • 10~7 — абсолютная магнитная проницаемость вакуума, Гн/м; & — относительная диэлектрическая проницаемость; е0 = 1/(4л-9-109)— абсолютная диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/м; р — объемная плотность электрических зарядов; Н — напряженность магнитного поля; Е — напряженность электрического поля.

у - удельная проводимость проводника;

Донорные примеси образуют примесные уровни, расположенные в запрещенной зоне вблизи зоны проводимости. При абсолютной нулевой температуре все эти уровни заполнены и проводимость проводника равна нулю. Валентные электроны атомов примеси, которые слабо связаны с атомом, обладают большей энергией, чем валентные электроны атомов основного элемента ( 12, и). Им требуется получить меньше энергии, чтобы перейти в зону проводимости. При достаточно низких температурах (порядка ШОК) электроны доноров переходят в зону проводимости и создают электронную проводимость.

В цилиндрическом проводнике круглого сечения наибольшая плотность тока будет у поверхности проводника, наименьшая — на оси. Чем больше проводимость проводника и его магнитная проницаемость, чем больше частота тока, тем более неравномерным будет распределение тока. Явление это носит название поверхностного эффекта. В связи с поверхностным эффектом изменяются активное сопротивление и индуктивность проводника. С увеличением частоты активное сопротивление растет, а индуктивность уменьшается. При очень высоких частотах практически можно считать, что весь ток проходит по поверхности проводника, а внутренний магнитный поток обращается в нуль. Внутри проводника электромагнитного поля нет.

Так как модуль функций Ьессе-ля растет с увеличением аргумента тг=}^шцау, то, чем выше частота переменного тока, магнитная пюни-цаемость и проводимость проводника, чем больше его радиус, тем сильнее сказывается явление поверхностного эффекта, тем быстрее затухает электромагнитная волна, проникающая в глубь проводника через его поверхность из окрурсаю-щего провод диэлектрика.

Как изменится проводимость проводника при увеличении площади его поперечного сечения S? Увеличится 136

ходуется на этой нагрузке. Для этой схемы справедливо равенство Е=и„-\-и. 121. Правильно. В этом случае предохранитель расплавится раньше, чем успеет загореться проводка. 122. Неверно. Еще раз проработайте материал данного параграфа. 123. Неверно. Напряжение на зажимах источника зависит от сопротивления нагрузки. 124. Неверно. Прочтите консультацию № 170. 125. Неверно. Приведенные графики различны и только один из них соответствует постоянному току. 126. Неправильно. Энергию выгодно передавать под большим напряжением, так как при заданной мощности Р=(У/ чем больше напряжение U, тем меньше ток /. Следовательно, можно взять провод с меньшим 5. 127. Правильно. С уменьшением Ri общее сопротивление схемы уменьшится, а ток увеличится. Следовательно, \Ui увеличится, a ?Л = с/— At/i уменьшится. 128. Неверно. Это утверждение справедливо для проводников, изготовленных из различных металлов. Для проводников, изготовленных из одного металла, расстояние между ионами в узлах решетки не меняется, и, следовательно, при данной температуре удельное сопротивление p=const. 129. Правильно. КПД г\=Р„оаез/ Pnom = (EI — l*RB^/(El). 130. Неверно. Ошибка заключается в том, что вы не выразили время в секундах и не учли, что количество теплоты задано в килоджоулях. 131. Неверно. Сопротивление R\ включено параллельно ветви, образованной последовательным соединением сопротивлений /?о и RJ. 132. Грубая ошибка. 133. Грубая ошибка. Ток в цепи без амперметра l = U/(Ri+Ri), с амперметром /' = с//(Я,+/?2 + /?А). Так как Яд>(/?+Я2), то /'
В цилиндрическом проводнике круглого сечения наибольшая плотность тока будет у поверхности проводника, наименьшая на оси. Чем больше проводимость проводника и его магнитная проницаемость, чем больше частота тока, тем более неравномерным будет распределение тока. Явление это носит название поверхностного эффекта. В связи с поверхностным эффектом изменяются активное сопротивление и индуктивность проводника. С увеличением частоты активное сопротивление растет, а индуктивность уменьшается. При очень высоких частотах практически Можно считать, что весь ток проходит по поверхности проводшка, а внутренний магнитный поток обращается в нуль. Внутри проводника электромагнитного поля нет.

частота переменного тока, магнитная проницаемость и проводимость проводника, чем больше его радиус, тем сильнее сказывается явление поверхностного эффекта, тем быстрее затухает электромагнитная волна, проникающая в глубь проводника через его поверхность из окружающего провод диэлектрика.

Тогда проводимость проводника определится из выражения

где л„— сопротивление проводника при постоянном токе; а — радиус проводника; ш — угловая частота тока; Ра — абсолютная магнитная проницаемость; а — удельная электрическая проводимость проводника.