Реферат на тему:
Напівпровідники і їх використання
План.
1) Вступ.
2) Що таке напівпровідник?
3) Типи напівпровідників. Їх властивості.
4) Напівпровідникові прилади. Їх властивості.
5) Використання напівпровідників у промисловості.
Список літератури і додатків.
Вступ.
За 50 рокiв застосування транзисторiв у них не з’явилося
серйозних конкурентiв. Постає запитання – хто ж був першовiдкри-вачем
фiзичних ефектiв, на використаннi яких грунтується дiя транзис-тора? Це
ще одна “бiла пляма” у розвитку iнформацiйних технологiй в Українi. Вона
пов’язана з дiяльнiстю видатного українського фiзика Вадима Євгеновича
Лашкарьова (1903 – 1974) (мал. 1). Вiн по праву мав би одержати
Нобелiвську премiю з фiзики за вiдкриття транзисторного ефекту, якої в
1956 р. були удостоєнi американськi вченi Джон Бардин, Вiльям Шоклi,
Уолтер Браттейн.
Ще в 1941 р. В.Є. Лашкарьов надрукував статтю “Дослiдження запiрних
шарiв методом термозонда” i у спiвавторствi з К.М. Косоноговою – статтю
“Вплив домiшок на вентильний фотоефект у закису мiдi” (там само). Вiн
встановив, що сторони “запiрного шару”, розташованi паралельно границi
подiлу мiдь – закис мiдi, мали протилежнi знаки носiїв струму. Це явище
одержало назву p-n переходу (p – вiд positive, n – вiд negative).
В.Є. Лашкарьов розкрив також механiзм iнжекцiї – найважливiшого явища,
на основi якого дiють напiвпровiдниковi дiоди i транзистори.
Перше повiдомлення в американськiй пресi про появу напiвпровiдни-кового
пiдсилювача-транзистора з’явилося в липнi 1948 року, через 7 рокiв пiсля
статтi В.Є. Лашкарьова. Його винахiдники – американськi вченi Бардин i
Браттейн – пiшли шляхом створення так званого точко-вого транзистора на
основi кристала германiю n-типу. Перший обна-дiйливий результат вони
одержали наприкiнцi 1947 р. Проте прилад працював нестабiльно, його
характеристики були непередбачуваними, i тому практичного застосування
точковий транзистор не отримав.
1951 року у США з’явився надiйнiший площинний транзистор n-p-n типу.
Його створив Шоклi. Транзистор складався з трьох шарiв германiю n, p i n
типу загальною товщиною 1 см i був зовсiм не схожий на майбутнi
мiнiатюрнi, а згодом – i невидимi компоненти iнтегральних схем.
Уже через кiлька рокiв значення винаходу американських учених стало
очевидним, i вони були удостоєнi Нобелiвської премiї. Можливо, початок
“холодної вiйни” або iснуюча тодi “залiзна завiса” перешко-дили
В.Є. Лашкарьову стати нобелiвським лауреатом. Його iнтерес до
напiвпровiдникiв не був випадковим. Починаючи з 1939 р. i до кiнця життя
вчений послiдовно i плiдно дослiджував їхнi фiзичнi властивостi. На
додаток до двох перших робiт у 1950 р. вiн i В.I. Ляшенко надруку-вали
статтю “Електроннi стани на поверхнi напiвпровiдника”, в якiй описали
результати дослiджень поверхневих явищ у напiвпровiдниках, що згодом
стали основою роботи iнтегральних схем на польових транзисторах.
Пiд керiвництвом В.Є. Лашкарьова на початку 50-х рокiв в Iнститутi
фiзики АН УРСР було органiзоване виробництво точкових транзисторiв.
Сформована вченим наукова школа у галузi фiзики напiвпровiдникiв стає
однiєю з провiдних в СРСР. Визнанням значущостi її наукових результатiв
було створення в 1960 р. Iнституту напiвпровiдникiв АН УРСР, який очолив
В.Є. Лашкарьов.
Вчений народився i отримав вищу освiту в Києвi, згодом працював у
Ленiнградi. На жаль, першi роки його творчої дiяльностi припали на
перiод репресiй. Вiн був заарештований i висланий до Архангельська, де
до 1939 р. завiдував кафедрою фiзики в медiнститутi. Наступнi,
найплiднiшi 35 рокiв життя Вадима Євгеновича пов’язанi з Києвом. Вiн
залишив пiсля себе цiлу плеяду учнiв, якi згодом стали визначними
вченими, що успiшно продовжують розпочатi В.Є. Лашкарьовим
В.Є. Лашкарьов є пiонером iнформацiйних технологiй в Українi i в
колишньому СРСР у галузi транзисторної елементної бази засобiв
обчислювальної технiки. Цiлком справедливо вважати його i одним з перших
у свiтi фундаторiв транзисторної мiкроелектронiки. У 2002 р. iм’я
В.Є. Лашкарьова присвоєно заснованому ним Iнституту напiвпро-вiдникiв
НАН України.
Напівпровідники –це речовини, провідність яких має проміжне значення між
діелектриками і провідниками.У напівпровідниках при збільшенні
температури питомий опір не зростає, як у звичайних провідників, а
навпаки, різко зменшується (наприклад: PbS , CdS, Si, Ge, Se та інші).
До них в основному належать сполуки елементів з ІІІ, IV, V періодів.
Також на електропровідність напівпровідників впливає світло, сильне
електромагнітне поле, потоки швидких частинок і т. д.
дослiдження.
Провідники бувають p-типу і n-типу. Провідник p-типу – це провідник з
акцепторними домішками, тими, що віддають вакантні місця (дірки), у
якому переважає діркова провідність. Він утворюється додаванням
трьохвалентної речовини до чотирьохвалентного напівпро-відника.
Провідник n-типу – це провідник з донорними домішками, тими, що віддають
електрони, у якому переважає електронна провід-ність. Він утворюється
додаванням пятивалентної речовини до чотирьох-валентного
напівпровідника.
Властивості напівпровідникових приладів вигідно відрізняють іх від інших
електронних приладів. До цих властивостей відносяться малі габарити,
вага і споживання потужності, велика механічна міцність, відсутність
споживання потужності на нагрівання.
Заміна лампової схеми на напівпровідникову дозволяє скоротити об’єм і
споживану потужність більше, ніж у 10 раз.Також вони мають високу робочу
температуру в залежності від матеріалу.
Сучасні напівпровідникові прилади здатні працювати до 100 000 годин.
Потужність, розсіювана на силовому напівпровідниковому посилю-ючому
приладі – транзисторі, досягає сотні Ватт. Силові напівпровідни-кові
діоди працюють зі струмами в сотні Ампер.
Але: основними недоліками напівпровідникових приладів є те, що вони
зовсім не виносять перевантаження по напрузі і їх характеристики
залежать від температури; крім того, вони мають більші шуми, ніж лам-пи.
Залежно від електричних властивостей ми поділяємо речовини на
провідники, діелектрики та напівпровідники. З молекулярної фізики
ві-домо, що взаємодія між атомами твердого тіла може носити різний
ха-рактер. в одних тілах вона здійснюється за допомогою валентних
елек-тронів, в інших взаємодіють іони. Міжатомна взаємодія послаблює
зв’язок валентних електронів зі своїми атомами і в деяких твердих тіл
стає настільки слабким, що валентні електрони можуть вільно
переміща-тися в кристалі. Такі речовини містять велику кількість не
зв’язаних з певним атомом електронів (близько кількості атомів у даному
тілі) і їх питомий опір дуже малий. Залежність питомого опору від
температури визначаєтьсятемпературною залежністю швидкості
упорядкованого руху електронів, оскільки їх концентрація зі зміною
температури не змінюється. Інакше кажучи, такі тіла мають властивості,
характерні для металів.
В інших твердих тілах взаємодії ще не досить для утворення вільних
електронів і перетворення їх на електрони провідності. Для цього треба
надати зв’язаним електронам певну додаткову енергію, наприклад, за
рахунок теплових коливань атомів.
З підвищенням температури речовини зростає енергія теплових коливань і
зростає кількість електронів, які дістають достатню для відщеплення від
атомів енергію. В таких речовинах концентрація електронів провідності
навіть при кімнатній температурі може бути значною і сильно зростати при
збільшенні температури.
Отже, основною відмінністю металів від напівпровідників є те, що в
металах практично всі валентні електрони є вільними, а в
напівпровід-никах – зв’язаними. Енергія їх зв’язку з атомами невелика,
тому за рахунок додаткової енергії вони здатні переходити у вільний
стан.
Типи напівпровідникових приладів.
Двохелектродна лампа – діод – це напівпровідниковий пристрій з двома
електродами, що поміщені у вакуумний балон.Тиск у балоні не повинен бути
вищим за 10-6 – 10-7 мм. рт. ст. Він проводить струм лише у одному
напрямку.
Принцип дії діода : позитивний полюс джерела напруги приєднуєть-ся до
анода, а негативний – до катода. Під дією позитивного електрично-го поля
анода електрони, випромінені катодом, направляються до анода.
У випадку зміни полярності електрони тормозяться електричним полем
повертаються до катоду. Струм через анод проходити не буде. Таким чином,
важливішою властивістю двохелектродної лампи є її одно-стороння
провідність, тому діод використовують як випрямлювач елек-тричного
струму(мал. ).
Схема включення діода показана на малюнку № . Вона складається з двох
електричних кіл. В основне, тобто анодне коло, включені послідов-но
джерело напруги, дільниця анод – катод і споживач випрямленого струму у
вигляді навантаження Rн. В допоміжне коло, тобто коло розжа-рювання
катоду, включені послідовно джерело напруги розжарювання Uрж і спіраль
розжарювання. Батарея розжарювання Uрж нагріває катод до високої
температури, потрібної для термоемісії електронів з катоду.
В цій схемі впродовж позитивного півперіоду анод заряджений пози-тивно
відносно катоду. При цьому режимі роботи в просторі між анодом і катодом
багато електронів, тому електричний опір між електродами відносно
малий.(150-1500 Ом). При негативному півперіоді електрони, переправлені
з катоду, не можуть попасти на анод, бо негативне елек-тричне поле аноду
відштовхує електрони назад на катод. Між катодом і анодом нема
електронів, тому електричний опір між електродами дуже малий(десятки
МОм).
Таким чином, діод працює як випрямляч. На його анод почергово подається
змінна напруга обох полярностей, а струм і випрямлена напру-га на
навантаженні з’являється лише при позитивній напрузі на аноді.
Напівпровідниковий діод – це є напівпровідник, одна частина якого
містить донорні домішки (і тому є напівпровідником n-типу), а друга –
акцепторні домішки (і тому є напівпровідником p-типу). Від
двохелек-тродної лампи його відрізняє те, що у ньому вільні носії заряду
утворю-ються при додаванні домішки, донорної чи акцепторної, і потреба у
дже-релі напруги для розжарювання катоду відпадає. У складних схемах
зекономлена внаслідок цього енергія буває досить значною. До того ж,
вони компактніші за лампові. Зазначені переваги напівпровідникових
приладів дозволяють використовувати їх на штучних супутниках Землі,
космічних кораблях та ЕОМ. Найчастіше напівпровідникові діоди виробляють
з германію, селену.
Принцип роботи напівпровідникового діоду : в поверхню напівпро-відника
n-типу вплавляють акцепторну домішку(наприклад, індій). Ство-рюється
p-n-перехід там, де атоми індію змішалися з атомами германію. Там, де
цільний германій, у напівпровіднику катод, а там, де цільний індій –
анод(мал. ).
На аноді багато дірок, бо там переважає діркова провідність, а на катоді
– електронів, бо там переважає електронна провідність. При під’єднанні
катода до мінуса, а анода – до плюса джерела напруги електрони будуть
переходити від мінуса до плюса, а дірки – навпаки. І струм при такому
під’єднанні буде відносно великим, бо заряд будуть передавати основні
носії заряду, ті, яких більше на електроді(частині напівпровідника). При
інакшому під’єднанні (напрямі струму) заряд будуть переносити неосновні
носії, яких менше, тому струм буде порів-няно малий. Такий діод також
випрямлює струм.
Щоб запобігти шкідливим впливам повітря, світла і т. д.,
напівпро-відниковий діод вміщують у герметичний корпус(мал. ).
Трьохелектродна лампа – тріод – називають електронний прилад, що
складається з анода, катода і металічної сітки. Ці електроди введені в
скляний чи металічний вакуумний балон. Сітка розташована між като-дом і
анодом. По суті, це той самий ламповий діод з сіткою посередині. Так як
сітка розташована ближче до катоду, ніж анод, то електричне поле сітки,
створюєме сітковою напругою, сильніше впливає на анодний струм, ніж
електричне поле, створюєме анодною напругою. Схема вклю-чення показана
на малюнку . Електричне поле аноду слабо проникає до катоду, так як
сітка екранує катод від цього поля. Таким чином, зміна сіткової напруги
сильніше впливає на анодний струм, ніж такі самі зміни анодної напруги.
Сіткове керування зручне тим, що необхідна для керуванням анодного
струму потужність дуже мала. В електроніці часто на сітку лампи до опору
R, рівному 1 МОм, підводиться напруга вхідного сигна-лу 1 мВ. При цьому
від джерела вхідного сигналу відбирається потуж-ність
P = U2/R = (10-3)2:106=10-12
тобто одна мільйонна від одної мільйонної долі Ватта, що доводить високу
чутливість тріода.
yyyyyyyyyoeaOe???????Ae
=u>fA?CAEC?Ennnnnnnanaaanaaaaaaaaaaaaa
gdY_§
MaePvRueWDZO^E_He^g?gPh¤zae|‚‚†?¦???Використана література 1. Кушнір Роман Михайлович Загальна фізика. Механіка. Молекулярна фізика.- Львів: Вид. центр ЛНУ, 2003.- 2. Бушок Г.Ф. (Бушок, Григорій Федорович) Курс фізики: У двох книгах: Навчальний підручник для студентів фізико-мат. спец. вищих педагогічних навчальних закладів освіти. Кн.2. Оптика. Фізика атома і атомного ядра. Молекулярна фізика і термодинаміка/ Г.Ф.Бушок, Є.Ф.Венгер.- К.: Либідь, 2001.- 424с. 3. Загальна фізика. Механіка.- К.: НАУ, 2003.- 40с. 4. Фізика 7-11 класи.- К.: Шкільний світ, 2001.- 95с. 5. Гончаренко Семен Устимович Фізика.- К: Освіта, 2002.- 319с. 6. Коршак Євген Васильович та ін. Фізика. 7 кл..- К., Ірпінь: Перун, 1999.- 160с. 7. Коршак Євген Васильович та ін. Фізика. 8 кл..- К., Ірпінь: Перун, 1999.- 192с. 8. Чолпан Петро Пилипович Фізика.- К.: Вища школа, 2003.- 567с. 9. Болеста Іван Фізика твердого тіла.- Львів: Вид-во ЛНУ, 2003.- 480с. 10. Федорченко Адольф Михайлович Теоретична фізика.- К.: Вища школа, 1993.- 11. Осипов Олексій Юхимович Статистична фізика в задачах.- Запоріжжя: ЗДУ, 2002.- 49с. 12. Цмоць Володимир Михайлович Молекулярна фізика.- Дрогобич: Коло, 2005.- 358с. 13. Васильєва Олена Олексіївна Деякі питання курсу "Ядерна фізика".- Запоріжжя: ЗДУ, 2000.- 34с. 14. Москалюк Володимир Олександрович Фізика електронних процесів. Динамічні процеси.- К.: Політехніка, 2004.- 15. Булавін Леонід Анатолійович, Тартаковський Віктор Костянтинович Ядерна фізика.- К.: Знання, 2005.- 16. Вісник Прикарпатського університету. Сер.:Математика.Фізика. Хімія.- Івано-Франківськ: Плай, 1999.- 158с. 17. Коршак Евген Васильович, Ляшенко О.І.,Савченко В.Ф. Фізика. 7 клас.- К., Ірпінь.: ВТФ "Перун", 2000.- 160с. 18. Молекулярна фізика і термодинаміка: Метод. вказівки /Уклад.: Л.М.Шейко, В.Л.Сніжний.- Запоріжжя: ЗДУ, 1997.- 145с.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
