Детская энциклопедия
Том 1. Земля. Том 4. Растения и животные. Том 7. Человек. Том 10. Зарубежные страны.
Том 2. Мир небесных тел. Числа и фигуры. Том 5. Техника и производство. Том 8. Из истории человеческого общества. Том 11. Язык. Художественная литература.
Том 3. Вещество и энергия. Том 6. Сельское хозяйство. Том 9. Наша советская Родина. Том 12. Искусство.

 

 

 

рейти на соседний уровень. Механизм электрон­ных перескоков в атомах любых элементов один и тот же: переход с уровня, более близкого к яд­ру, на более дальний требует затраты строго определенного количества энергии — кванта энергии ( + Е); при обратном переходе выделя­ется такой же квант энергии (-Е).

Когда твердое тело образуется, происходит сближение атомов. Одинаковые уровни в мил­лиардах атомов влияют друг на друга, эти уров­ни чуть-чуть смещаются, и в твердом теле воз­никает полоса, или зона уровней. Если самая внешняя зона заполнена электронами (тогда ее называют валентной), то пере­мещение электронов в электрическом поле не­возможно, так же как и перемещение пасса­жиров в битком набитом трамвае. Следователь­но, невозможна и электропроводность. Если же валентная зона перекрыта (рис. 3) зоной, в ко­торой электронов нет или их мало (зона проводимости), то электроны валент­ной зоны легко переходят в зону проводимости и могут там перемещаться в электрическом поле (электронная проводимость). Электроны, остав­шиеся в валентной зоне, приобретают заметную способность передвигаться в определенном по­рядке, который называется дырочным ме­ханизмом.

Электрические свойства твердого тела зави­сят от разности энергий валентной зоны и зоны проводимости. Если зона проводимости и валент­ная зона взаимно перекрываются — это металл (см. рис.7 на цвет. табл. у стр. 376); если зоны не перекрываются и энергетический разрыв DЕ (запрещенная зона) между валентной зоной и зоной проводимости невелик — это полупроводник; если зоны не перекрывают­ся и энергетический разрыв DЕ велик — это диэлектрик.

Когда валентная зона и зона проводимости не перекрываются, электрон, чтобы переско­чить через запрещенную зону, должен получить квант энергии DЕ, например, за счет теплового движения атомов или за счет действия света. В валентной зоне, когда из нее уходит электрон е-, остается положительно заряженная «дыр­ка» е+. В зоне проводимости электроны е- дви­жутся в электрическом поле к аноду, т. е. к по­ложительному электроду. Это электронная про­водимость. Электроны валентной зоны переска­кивают на свободные места (на положительные «дырки») и также передвигаются к аноду, оставляя за собой «дырки». Этот процесс удобнее опи­сать так, что «дырки» е+ движутся к отрица­тельному электроду — к катоду. Поэтому такой

Рис. 3. Образование энергетических зон при сближении атомов.

процесс и назван дырочной проводи­мостью. Сумма обоих процессов — электрон­ной и дырочной проводимости — определяет электропроводность чистейшего полупровод­ника.

Когда температура полупроводника повы­шается, из валентной зоны все больше и боль­ше электронов переходит в зону проводимости. В 1 см3 чистейшего германия 4•1022 атомов; при комнатной температуре из валентной зоны пере­ходит в зону проводимости только 1013 электро­нов, т. е. 1 электрон на 4•109 атомов. При тем­пературе 300° Ц такой переход совершают уже 1017 атомов, т. е. в 1000 раз больше. Электро­проводность Ge очень быстро растет при по­вышении температуры.

Аналогично ведет себя полупроводник, когда на него падает свет, если энергия свето­вого кванта достаточна для перескока одного электрона.

В обыкновенном дверном звонке электри­ческая цепь разомкнута. Нажимая пальцем кнопку, вы соединяете эту цепь, и сигнализа­ция начинает работать. Если в разрыве цепи поместить не кнопку, а пластинку полупровод­ника, прибор становится автоматическим. При комнатной температуре и в темноте сопротивле­ние в такой цепи очень велико и ток через полу­проводник не идет. Но если полупроводник хотя бы незначительно нагреется (например, когда вблизи возник пожар), его электропроводность сильно возрастет, и звонок поднимет тревогу. Можно сконструировать и прибор, который ав­томатически включит противопожарные уст­ройства.

Если луч света, падающий на полупровод­ник, периодически прерывается проходящими мимо людьми, электропроводность полупро­водника то возрастает (освещение), то падает (тень). И полупроводник будет автоматически включать и выключать счетчик. Прибор точно

375