Файл: Туровский Я. Техническая электродинамика.pdf

ного вдоль магнитных линий поля (п—»-оо), = 0. Для цилиндрических стальных стержней с отношением дли­

как практически бесконечно длинные. Для коротких об­ разцов следует учитывать эффект размагничивания. Выводы эти имеют значение для модельных испытаний на длинных стержнях, а также при индукционном на­

Полупроводниками называют большую группу тел (эле­ менты, соединения, сплавы, керамические тела, стекло­ видные и текучие тела), электрическая проводимость которых находится между проводимостями металлов и диэлектриков (рис. 1-24). Характерной чертой полупро­ водников является большая зависимость их проводимо­ сти от температуры, от загрязнений, света, радиоактив­ ного излучения и т. п. При температуре, прибли­ жающейся к абсолютному нулю, они становятся почти идеальными диэлектриками, а при высоких температу­ рах обладают проводимостью металлов. Электрическая проводимость полупроводников растет под влиянием сильного внешнего электрического поля и уменьшается в магнитном поле. Способность полупроводников изме­

потока и скорости газов, давления, влажности, механи­ ческих напряжений, в делителях и стабилизаторах на­ пряжения, для компенсации температурной погрешности

68

тахогенераторов и т. п. Термисторы изготавливаются из окисей различных металлов, например смеси окисей маг­

сти электрического поля. В высоковольтной технике ва­ ристоры применяют в вентильных разрядниках, в низ-

ю-го 10' 10-а 10' 1 W5 1/Омм

Рис. 1-24. Шкала сравнения удельной электрической проводимо­ сти диэлектриков, полупроводников и металлов при 20 °С (в лога­ рифмическом масштабе).

ковольтной технике — в системах стабилизации напря­ жения, умножения частоты, регулирования вращения и реверсивной работы двигателей, в вычислительной тех­ нике и других системах [Л. 1-15].

Специфические свойства полупроводников обусловле­ ны их кристаллической структурой, отличной от струк­ туры металлов. В металлах близлежащие атомы могут обмениваться внешними электронами и поэтому удер­ живаются в кристаллической решетке за счет действия сил притяжения (каждое ядро притягивает электроны соседнего атома) и отталкивания (запрет Паули). Внеш­ ний валентный уровень не является при этом заполнен­ ным. В полупроводниках в то же время существуют так называемые ковалентные связи (связь электронными парами), при которых атомы в кристаллической решетке так размещены, что два или большее число атомов име­ ют общие электроны и стремятся к получению так назы­

69

нарушен. При этом электроны прочно закреплены за теми атомами, связь между которыми они осуществля­ ют. Следовательно, свободных электронов здесь нет. Не существует, таким образом, и электропроводность. Такое положение существует в первую очередь при темпера­ туре абсолютного нуля. При достаточно высокой темпе­ ратуре кристалла колебания атомов могут стать на­ столько интенсивными, что некоторые связи могут слу­ чайно разорваться, и освобожденные электроны начина-

вызывая электропроводность кристалла. В местах, осво­ божденных такими электронами, остаются пропуски в структуре связей кристалла, т. е. так называемые дыр­ ки с положительным пространственным зарядом. Вслед­

средственно соприкасается с зоной уровней, заполнен­ ных валентными электронами, в полупроводниках и диэлектриках между этими зонами существует запре­ щенная зона (барьер). Ширина этой разделяющей за-

70

прещенной зоны у разных веществ различна. Если зона эта очень широка, то электроны не могут через нее пе­ рейти в зону свободных уровней и вещество такое будет диэлектриком. В полупроводниках запрещенная зона является меньшей, чем в диэлектриках, и составляет, например, 0,7 эВ для германия и 1,1 эВ для кремния (рис. 1-25). Сообщая полупроводнику тепловую, свето­ вую или электрическую энергию, можно вызвать пере­ скакивание электрона через запрещенную зону в зону проводимости. Такие электроны становятся свободными

в связях валентной зоны под влиянием внешнего элек­ трического поля входят электроны из близлежащей свя­ зи, оставляя в свою очередь новую дырку, и т. д. В ре­ зультате под влиянием внешнего электрического поля положительно заряженные дырки как будто бы двига­ ются в направлении, противоположном движению элек­ тронов, и результирующий ток состоит из электронного

сталлах с ковалентными связями носит название собст­ венной проводимости и обозначается буквой i (itrinsic— внутренний), а соответствующие вещества называют собственными полупроводниками (например, германий или кремний). Так как движение дырок происходит с большей инерцией, чем движение свободных электро­ нов, полупроводники, как правило, обладают электрон­ ным характером собственной проводимости.

Значительное влияние на свойства полупроводников оказывают даже незначительные примеси и загрязнения (при 10~5—10-6% общего числа атомов). В полупровод­ никах различают два основных типа примесей. Примеси, называемые акцепторами, образуют в запрещенной зо­ не полупроводника добавочные свободные энергетиче­ ские уровни, на которые могут переходить электроны из

ные электроны в зону свободных энергетических уров­ ней основного полупроводника. Они образуют в вещест­ ве отрицательную проводимость типа п. Такого рода

71