«Электрический ток в полупроводниках»

    Полупроводники в настоящее время в настоящее время используются практически во всей электронной аппаратуре, начиная от простейших мобильных телефонов до компьютеров и сложных вычислительных комплексов в технике.

    Полупроводники являются своеобразными  проводниками   электрического тока.  Наиболее

  распространенными  полупроводниками являются германий и кремний. Дело в том, что носителями

 электрического тока в полупроводниках   являются электроны и дырки. Откуда они берутся ?  Атомы в

 полупроводниках, например в Ge и Si, связаны друг с другом ковалентными связями. При  абсолютном нуле и

 в абсолютной   темноте, электроны находятся в своих ковалентных связях ,   поэтому свободных носителей тока нет, следовательно,   электрический ток в них не потечет.

Если  полупроводник нагревать или освещать, то под действием энергии тепла или света, ковалентные связи

 разрушаются и электроны, выходя из ковалентных связей, становятся  свободными. На их месте образуются положительно заряженные дырки ( рис.1). Теперь, если полупроводник подключить к источнику тока, то в нем потечет ток,  I образованный электронами и дырками. Таким образом :

Электрический ток в полупроводниках представляет направленное движение свободных электронов и дырок.

Рис.1.    

  Терморезистор. Зависимость сопротивления терморезистора от температуры.

   Терморезистор это полупроводник с двумя выводами,  находящийся в металлическом корпусе или в пластмассовом корпусе, покрытый краской для защиты от внешнего света.  Схема включения полупроводникового терморезистора изображена на рис.2. Миллиамперметр покажет силу тока, протекающую через терморезистор.

                                                                                          Рис.2.

 Опыт 1. Соберем электрическую цепь,  состоящую из источника постоянного тока ВУП-2, амперметра, работающего в режиме гальваномета, и полупроводникового  терморезистора ( рис.3). Включим источник тока, и поворачивая левую ручку по часовой стрелке, подадим напряжение на терморезистор. По нему потечет электрический ток. Стрелка амперметра отклонится.

 Если терморезистор нагревать, то показания миллиамперметра увеличатся.

Проблема. Почему ?

Ответ. При нагревании терморезистора в нем  разрушаются новые ковалентные связи, появляются дополнительные носители тока – свободные электроны и дырки, что приводит к увеличению силы тока поэтому сопротивление полупроводника уменьшается.  

                                                                                            Рис.3.

    Фоторезистор. Зависимость сопротивления фоторезистора от освещенности.

   Это полупроводник с двумя выводами,  находящийся в пластмассовом корпусе,  в котором есть окно для попадания света на слой полупроводника. Схема включения полупроводникового терморезистора изображена на рис.4.

   Миллиамперметр покажет силу тока, протекающую через терморезистор.

 Опыт 2. Соберем электрическую цепь ( рис.5) состоящую из источника постоянного тока ВУП-2, амперметра, работающего в режиме гальванометра,  и полупроводникового  фоторезистора.                           

                                                                                                   Рис.4.

   Включим источник тока, и поворачивая левую ручку,  подадим напряжение на фоторезистор. По нему потечет электрический ток. Стрелка амперметра работающего в режиме гальванометра отклонится.

 Если окно фоторезистора закрыть, то показания миллиамперметра уменьшатся.

Проблема. Почему ?

Ответ. При открытом окне фоторезистора кванты света будут попадать на электроны, находящиеся в ковалентных связях полупроводника и будут выбивать из них электроны. На их месте поятся дырки. Свободные электроны и дырки будут создавать электрический ток в фоторезисторе ( рис.5). Если мы закроем окно фоторезистора, то кванты света не будут попадать на атомы полупроводника,  поэтому не будет происходить разрушение ковалентных связей. Количество свободных электронов и дырок уменьшится, следовательно сила тока уменьшится, а значит  сопротивление фоторезистора увеличится ( рис.6).

                                                        Рис.5.                                                                              Рис.6.