Чем отличаются проводники от полупроводников. отличия металлов от полупроводников и диэлектриков

Электрический ток в полупроводниках

Полупроводники занимают промежуточное положение по электропроводности (или по удельному сопротивлению) между проводниками и диэлектриками. Однако это деление всех веществ по их свойству электропроводности является условным, так как под действием ряда причин (примеси, облучение, нагревание) электропроводность и удельное сопротивление у многих веществ весьма значительно изменяются, особенно у полупроводников.

В связи с этим полупроводники от металлов отличают по целому ряду признаков:

1. удельное сопротивление у полупроводников при обычных условиях гораздо больше, чем у металлов;

2. удельное сопротивление чистых полупроводников уменьшается с ростом температуры (у металлов оно растет);

3. при освещении полупроводников их сопротивление значительно уменьшается (на сопротивление металлов свет почти не влияет):

4. ничтожное количество примесей оказывает сильное влияние на сопротивление полупроводников.

К полупроводникам принадлежат 12 химических элементов в средней части таблицы Менделеева (рис. 1) — В, С, Si, Ρ, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Те, I, соединения элементов третьей группы с элементами пятой группы, многие оксиды и сульфиды металлов, ряд других химических соединений, некоторые органические вещества. Наибольшее применение для науки и техники имеют германий Ge и кремний Si.

Рис. 1

Полупроводники могут быть чистыми и с примесями. Соответственно различают собственную и примесную проводимость полупроводников. Примеси в свою очередь делят на донорные и акцепторные.

Чем полупроводники отличаются от металлов. Свойства полупроводников.

Обзор и основные отличия
Зонная теория проводимости
Проводники
Изоляторы
Полупроводники
В чем разница между Проводником, Полупроводником и Изолятором
Заключение

Изоляторы

Зоны в изоляторах

Зоны в полупроводниках

Разница между изоляторами и полупроводниками обусловлена небольшим количеством примесей, добавляемых в полупроводник, что влияет на энергетические зоны. Этот процесс называется легированием.

Элементы, которые используются в качестве полупроводников, такие как кремний и германий, имеют четыре электрона на внешней оболочке. Это означает, что они могут образовывать четыре связи с другими одинаковыми атомами. В кристалле чистого кремния каждый атом кремния окружен четырьмя другими атомами кремния. В этом состоянии кремний не будет проводить.

Чистый кремний может быть легирован незначительными количествами примесей путем диффузии примесей в виде газа в жидкий полупроводник до его кристаллизации.

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник n-типа. n-тип относится к отрицательному заряду дополнительного электрона.

Полупроводник n-типа

Если примесный элемент с тремя электронами внешней оболочки, такой как индий, добавляется в кремний в одинаковых малых количествах, примесные атомы будут вписываться в кристаллическую структуру, но при этом пропадет один электрон. Это легирование дает больше места для электронов выше валентной зоны. Это увеличивает проводимость материала.

Эта примесь заставляет материал проводить и называется полупроводник p-типа. р-тип относится к небольшому положительному заряду зазора, вызванному отсутствием электрона.

Полупроводник p-типа

Полупроводники n-типа и p-типа не имеют общего электрического заряда. Протоны в примесных атомах уравновешивают любое увеличение или уменьшение числа электронов в легированном полупроводнике.

Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков

Усвоение новых знаний / Комбинированный / Систематизация и обобщение знаний / Контроль знаний.

1) Учебная: Формировать у студентов умения и навыки классифицировать, различать вещества по химическим и физическим свойствам, объединять величины в определенные группы, выявлять аналогию в происходящих процессах.

2) Воспитательная: Расширять представления студентов о множестве веществ, способных проводить электрический ток при определенных условиях и не проводящих ток ни при каких условиях.

3) Развивающая: Совершенствовать навыки применения формул и закономерностей для вычисления физических величин.

А. Наглядные пособия: мультимедийный материал, слайд – таблица «Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков.

В. Технические средства обучения: проводники, полупроводниковые приборы, диэлектрические вещества.

б) дополнительная: : 1. Сборник задач и вопросов под ред. Гладковой.

2. Физика и астрономия Учебник. А.А.Пинский, В.Г. Разумовский, Н.К.Гладышева-М.: Просвещение, 2007

3. Физика. Задачник. 10-11 кл. : пособие для общеобразовательных учреждений / А.П. Рымкевич. – М.:Дрофа, 2008

Организационный момент. Проверка отсутствующих. Проверка готовности аудитории к занятию.

Студенты проходят тестирование по пройденной теме в соответствие с полученным вариантом.

1. Студенты работают с подготовленной таблицей (перечерчивают в рабочие тетради)

Сравнительная характеристика проводников, полупроводников и диэлектриков.

Проводят электрический ток при определенных условиях.

Не проводят электрический ток ни при каких условиях

2. Собственные полупроводники – это химически чистые полупроводники (типичные и наиболее часто используемые в технике химически чистые германий и кремний). Их проводимость называют собственной.

Кристаллы чистых полупроводников имеют решетку типа решетки алмаза, в которой четыре валентных электрона каждого атома связаны с такими же электронами соседних атомов химическими парноэлектронными связями. (ковалентная связь).

Мнение эксперта
It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике
Задавайте вопросы «Специалисту по модернизации систем энергогенерации»

Проводники и диэлектрики в электрическом поле: виды и примеры веществ, свойства, применение диэлектриков Алюминий используется в кухонной посуде, которая поглощает и накапливает тепло, и даже используется для упаковки пищевых продуктов. Спрашивайте, я на связи!

Полупроводники.

Рис. 3

От диэлектрика полупроводник отличается только тем, что ширина Δ запрещенной зоны, отделяющей валентную зону от зоны проводимости, у него много меньше (в десятки раз). При T = 0 валентная зона в полупроводнике, как и в диэлектрике, целиком заполнена, и ток по образцу течь не может. Но благодаря тому, что энергия Δ невелика, уже при незначительном повышении температуры часть электронов может перейти в зону проводимости (рис. 3). Тогда электрический ток в веществе станет возможным, причем сразу по двум «каналам».

Во-первых, в зоне проводимости электроны, приобретая энергию в электрическом поле, переходят на более высокие энергетические уровни. Во-вторых, вклад в электрический ток дают… пустые уровни, оставленные в валентной зоне электронами, ушедшими в зону проводимости. Действительно, принцип Паули разрешает любому электрону занять освободившийся уровень в валентной зоне. Но, заняв этот уровень, он оставляет свободным свой собственный уровень и т. д. Если следить не за движением электронов по уровням в валентной зоне, а за движением самих пустых уровней, то оказывается, что эти уровни, имеющие научное название дырки, тоже становятся носителями тока. Число дырок, очевидно, равно числу электронов, ушедших в зону проводимости (так называемых электронов проводимости), но дырки обладают положительным зарядом, потому что дырка — это отсутствующий электрон.

Таким образом, в полупроводнике электрический ток — это ток электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне. Такая проводимость полупроводника называется собственной.

Электроны и дырки при движении по кристаллу взаимодействуют с атомами кристаллической решетки, теряя при этом свою энергию. С этими потерями связано электрическое сопротивление вещества. При увеличении температуры потери энергии возрастают, так что сопротивление полупроводника должно было бы с ростом температуры тоже увеличиваться. Но при повышении температуры растет число электронов, переходящих в зону проводимости, а следовательно, и число дырок r валентной зоне. Это значит, что растет (и очень быстро) общее число носителей тока. Из-за этого сопротивление полупроводника с повышением температуры не растет, а падает. Полупроводник и можно определить как вещество, практически не проводящее ток при абсолютном нуле температур, но сопротивление которого с ростом температуры резко падает.

В природе, однако, полупроводников с собственной проводимостью не существует: в них всегда имеются примеси других веществ, которые и определяют их электрические свойства. Наличие примесей приводит к тому, что в запрещенной зоне полупроводника появляются дополнительные энергетические уровни, с которых или на которые тоже возможны электронные переходы. Широкое применение полупроводников в технике стало возможным только после того, как технологи научились управлять содержанием примесей в полупроводниках и по своему усмотрению делать их проводимость (примесную проводимость) почти чисто электронной или чисто дырочной.

Рис. 4

Оказывается, можно подобрать такие примеси, атомы которых легко отдают электроны. Освободившиеся при этом дополнительные уровни энергии располагаются внутри запрещенной зоны полупроводника вблизи ее верхнего края (рис. 4, а). Такие примеси называются донорными примесями, а уровни — донорными уровнями. Из рисунка 4, а видно, что при одной и той же температуре электронам с таких уровней гораздо легче перейти в зону проводимости, чем электронам из валентной зоны, поэтому примесные уровни и станут основными поставщиками электронов в зону проводимости. Но при этом в валентной зоне дырок появляться не будет, и проводимость полупроводника станет почти чисто электронной. Такие полупроводники называются полупроводниками n-типа.

Существуют и такие примеси, атомы которых легко присоединяют к себе электроны (акцепторные примеси). Дополнительные уровни их электронов (акцепторные уровни) тоже располагаются внутри запрещенной зоны полупроводника, но вблизи ее дна (рис. 4, б). В этом случае электронам из валентной зоны легче перейти на акцепторные уровни примеси, чем в зону проводимости. Тогда в валентной зоне появятся дырки без того, чтобы в зоне проводимости появились электроны. Получится полупроводник с почти чисто дырочной проводимостью, или полупроводник p-типа.

Наиболее известные полупроводниковые материалы — это германий и кремний, а их главные технические применения как раз и связаны с возможностью создания образцов n- и p-типов («Физика 9», с. 212).

Полупроводники

Эти тела по способности передавать электрические заряды занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.

Что это означает? Дело в том, что при низкой температуре полупроводники являются диэлектриками. Они не способны передать какой-то заряд.

Повысим температуру. Атомы вещества начинают сильнее колебаться около положений своего равновесия. Эти колебания достигают такой силы, что электроны, находящиеся на внешних оболочках атомов (валентные электроны) становятся свободными. Так полупроводник становится проводником.

Какой характерной особенностью обладают полупроводники? С повышением температуры их проводимость возрастает. Интересно, что у металлов она, наоборот, будет уменьшаться.

Обратите внимание, что эта температура не всегда является очень высокой. Например, для кремния и германия она составляет около $20 \degree C$

Примеры полупроводников:

оксиды и сульфаты металлов
германий
кремний
некоторые органические вещества

Из-за своих свойств полупроводники широко применяются в технике. Часто их используют как своеобразные термометры. Например, их используют как температурно зависимые резисторы. Это позволяет контролировать протекание тока при определенных температурах. Когда она достигает критической отметки, какой-то участок цепи перестает проводить ток или, наоборот, начинает. Более подробно об электрической цепи и ее составляющих мы будем говорить в следующих уроках.

{"questions":,"explanations":,"answer":}}}]}

Полупроводники начинают проводить электричество и при других воздействиях на них:

воздействие света
пропускание потока быстрых частиц
введение примесей

Рисунок 3. Под воздействие света полупроводники начинают проводить электричество

Это явление позволяет использовать полупроводники в системах дистанционного управления и сигнализации. Можно сказать, что область применения полупроводников в технике сама по себе очень широка. Они являются составной частью микросхем в телевизорах, компьютерах, радио, используются при создании транзисторов, диодов и др.

{"questions":,"answer":}}}]}

Литература

Аксенович Л. А. Физика в средней школе: Теория. Задания. Тесты: Учеб. пособие для учреждений, обеспечивающих получение общ. сред, образования / Л. А. Аксенович, Н.Н.Ракина, К. С. Фарино; Под ред. К. С. Фарино. — Мн.: Адукацыя i выхаванне, 2004. — C. 300-308.
Буров Л.И., Стрельченя В.Μ. Физика от А до Я: учащимся, абитуриентам, репетиторам. — Мн.: Парадокс, 2000. — С. 219-228.
Мякишев Г. Я. Физика: Электродинамика. 10 – 11 кл.: учебник для углубленного изучения физики/ Г.Я. Мякишев, А.З. Синяков, Б.А. Слободсков. — М.: Дрофа, 2005. — С. 309-320.
Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и самообразования. — М.: Наука, 1984. — С. 165-169.

Применение

Провода в большинстве случаев меньше сопротивляются нагреву, то есть обладают слабой термической защитой, обусловленной лишь свойствами самого изоляционного покрытия. При этом они гораздо легче других проводников, что должно учитываться при монтаже
.

Установка большого количества линий передач тока максимальной мощности на небольшой площади нежелательна, поскольку при возгорании помещение может сгореть полностью!

Воздушные линии электропередач — еще одна сфера применения проводов. Их малый удельный вес позволяет протягивать изделия через опоры
, стоящие на значительном расстоянии друг от друга.

Конечно, по воздуху можно проложить кабель, но для этого потребуется утяжеление опорных столбов во избежание их раскачивания и дальнейшего повреждения проводника.

Силовые проводники идеально подходят для передачи больших объемов мощности в условиях проводящей среды
. Внешняя изоляционная оболочка из резины, бумаги, термоустойчивых полимеров, свинца, витой стальной ленты — все это делает риск возгорания практически невозможным.

Итак, разница между кабелем и проводом следующая. Первый состоит из нескольких проводов, объединенных одним или несколькими слоями защиты. Максимальное номинальное напряжение провода равняется 1000 В
, кабель же может эксплуатироваться при любых показателях напряжения. Определенные конструкционные нюансы делают кабель более предпочтительным вариантом для прокладки в воде или в толще земли.

В заключение предлагаем посмотреть интересное и познавательное видео, чем отличается кабель от провода:

Описание проводников

Проводники обладают наивысшей электропроводностью из всех типов веществ. Все проводники подразделяются на две большие подгруппы:

Металлы (медь, алюминий, серебро) и их сплавы.
Электролиты (водный раствор соли, кислоты).

В веществах первой подгруппы перемещаться способны только электроны, поскольку их связь с ядрами атомов слабая, в связи с чем, они достаточно просто от них отсоединяются. Так как в металлах возникновение тока связано с передвижением свободных электронов, то тип электропроводности в них называется электронным.

Параллельное соединение проводников

Из проводников первой подгруппы используют в обмотках электромашин, линиях электропередач, проводах

Важно отметить, что на электропроводность металлов оказывает влияние его чистота и отсутствие примесей

Движиение электрического тока

В веществах второй подгруппы при воздействии раствора происходит распадение молекулы на положительный и отрицательный ион. Ионы перемещаются вследствие воздействия электрического поля. Затем, когда ток проходит через электролит, происходит осаждение ионов на электроде, который опускается в данный электролит. Процесс, когда из электролита под воздействием электрического тока выделяется вещество, получил название электролиз. Процесс электролиза принято применять, к примеру, когда добывается цветной металл из раствора его соединения, либо при покрытии металла защитным слоем иных металлов.

Зависимость сопротивления проводника от температуры

Практически в электротехнике выло выявлено, что с увеличением температуры сопротивление проводников из металла возрастает, а с понижением уменьшается. Для всех проводников из металла это изменение сопротивления почти одинаково и в среднем равно 0,4% на 1°С.

Если быть точным, то на самом деле при изменении температуры проводника изменяется его удельное сопротивление, которое имеет следующую зависимость:

где ρ и ρ0, R и R0 — соответственно удельные сопротивления и сопротивления проводника при температурах t и 0°С (шкала Цельсия), α — температурный коэффициент сопротивления, = град-1.

Изменение удельного сопротивления проводника приводит к изменения самого сопротивления, что видно из следующего выражения:

Зная электронную теорию строения вещества можно дать следующее объяснение увеличению сопротивления металлических проводников с повышением температуры. При увеличении температуры проводник получает тепловую энергию, которая несомненно передается всем атомам вещества, в результате чего .возрастает их тепловое движение. Увеличившееся тепловое движение атомов создает большее сопротивление направленному движению свободных электронов (увеличивается вероятность столкновения свободных электронов с атомами), от этого и возрастает сопротивление проводника.

С понижением температуры направленное движение электронов облегчается (уменьшается возможность столкновения свободных электронов с атомами), и сопротивление проводника уменьшается. Этим объясняется интересное явление — сверхпроводимость металлов. Сверхпроводимость, т. е. уменьшение сопротивления металлов до нуля, наступает при огромной отрицательной температуре —273° С, называемой абсолютным нулем. При температуре абсолютного нуля атомы металла как бы застывают на месте, совершенно не препятствуя движению электронов.

График звисимости сопротивления металлического проводника от температуры представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления металлического проводника от температуры

Необходимо сказать, что сопротивление электролитов и полупроводников (уголь, селен и другие) с увеличением температуры уменьшается.

Температурная зависимость сопротивления электролита объясняется также в основном изменением удельного сопротивления,однако всегда температурный коэффициент сопротивления — α <0.

Поэтому кривая зависимости сопротивленя электролита от температуры имеет вид, представленый на рисунке 2.

Рисунок 1. График зависимости удельного сопротивления электролита от температуры

Ддя полупроводников характер изменения удельного сопротивления от температуры будет схож с таковым для элетролитов.

Таблица проводников, диэлектриков и полупроводников (2 часть):

31	Галлий	Ga	проводник
32	Германий	Ge	полупроводник
33	Мышьяк	As	полупроводник
34	Селен	Se	полупроводник
35	Бром	Br	диэлектрик
36	Криптон	Kr
37	Рубидий	Rb	проводник
38	Стронций	Sr	проводник
39	Иттрий	Y	проводник
40	Цирконий	Zr	проводник
41	Ниобий	Nb	проводник
42	Молибден	Mo	проводник
43	Технеций	Tc	проводник
44	Рутений	Ru	проводник
45	Родий	Rh	проводник
46	Палладий	Pd	проводник
47	Серебро	Ag	проводник
48	Кадмий	Cd	проводник
49	Индий	In	проводник
50	Олово	Sn	проводник – β-олово (белое олово), полупроводник – α-олово (серое олово)
51	Сурьма	Sb	полупроводник
52	Теллур	Te	полупроводник
53	Йод	I	диэлектрик
54	Ксенон	Xe
55	Цезий	Cs	проводник
56	Барий	Ba	проводник
57	Лантан	La	проводник
58	Церий	Ce	проводник
59	Празеодим	Pr	проводник
60	Неодим	Nd	проводник

Полупроводниковые приборы

Термисторы

Электрическое сопротивление полупроводников в значительной степени зависит от температуры. Это свойство используют для измерения температуры по силе тока в цепи с полупроводником. Такие приборы называют терморезисторами

илитермисторами . Полупроводниковое вещество помещается в металлический защитный чехол, в котором имеются изолированные выводы для включения терморезистора в электрическую цепь.

Изменение сопротивления терморезисторов при нагревании или охлаждении позволяет использовать их в приборах для измерения температуры, для поддержания постоянной температуры в автоматических устройствах — в закрытых камерах-термостатах, для обеспечения противопожарной сигнализации и т.д. Существуют термисторы для измерения как очень высоких (Т

≈ 1300 К), так и очень низких (Т ≈ 4 — 80 К) температур.

Схематическое изображение (рис. а) и фотография (рис. б) термистора приведено на рисунке 14.

Рис. 14

Фоторезисторы

Электрическая проводимость полупроводников повышается не только при нагревании, но и при освещении. Электрическая проводимость возрастает вследствие разрыва связей и образования свободных электронов и дырок за счет энергии света, падающего на полупроводник.

Приборы, в которых учитывается зависимость электрической проводимости полупроводников от освещения, называют фоторезисторами

Материалами для изготовления фоторезисторов служат соединения типа CdS, CdSe, PbS и ряд других.

Миниатюрность и высокая чувствительность фоторезисторов позволяют использовать их для регистрации и измерения слабых световых потоков. С помощью фоторезисторов определяют качество поверхностей, контролируют размеры изделий и т.д.

Схематическое изображение (рис. а) и фотография (рис. б) фоторезистора приведено на рисунке 15.

Рис. 15

Полупроводниковый диод

Способность p-n-перехода пропускать ток в одном направлении используется в полупроводниковых приборах, называемых диодами

Полупроводниковые диоды изготавливают из германия, кремния, селена и других веществ.

Для предотвращения вредных воздействий воздуха и света кристалл германия помещают в герметический металлический корпус. Полупроводниковые диоды являются основными элементами выпрямителей переменного тока (если точнее, служат для преобразования переменного тока в пульсирующий ток постоянного направления.)

Схематическое изображение (рис. а) и фотография (рис. б) полупроводникового диода приведено на рисунке 16.

Рис. 16

Светодиоды

Светодиод

илисветоизлучающий диод — полупроводниковый прибор с p-n-переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока.

Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его спектральные характеристики зависят в том числе от химического состава использованных в нём полупроводников.

Применение светодиодов

: в освещении, в качестве индикаторов (индикатор включения на панели прибора, буквенно-цифровое табло), как источник света в фонарях и светофорах, в качестве источников оптического излучения (пульты ДУ, светотелефоны), в подсветке ЖК-экранов (мобильные телефоны, мониторы, телевизоры) и т. д.

Схематическое изображение (рис. а) и фотография (рис. б) светодиода приведено на рисунке 17.

Рис. 17

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход (сокращенно р-n-переход) возникает в полупроводниковом кристалле, имеющем одновременно области с n-типа (содержит донорные примеси) и р-типа (с акцепторными примесями) прово-димостями на границе между этими областями.

Допустим, у нас есть кристалл, в котором слева находится область полупроводника с дырочной (p-типа), а справа — с электронной (n-типа) проводимостью (рис. 10). Благодаря тепловому движению при образовании контакта электроны из полупроводника n-типа будут диффундировать в область р-типа. При этом в области n-типа останется нескомпенсированный положительный ион донора. Перейдя в область с дырочной проводимостью, электрон очень быстро рекомбинирует с дыркой, при этом в области р-типа образуется нескомпенсированный ион акцептора.

Рис. 10

Аналогично электронам дырки из области р-типа диффундируют в электронную область, оставляя в дырочной области нескомпенсированный отрицательно заряженный ион акцептора. Перейдя в электронную область, дырка рекомбинирует с электроном. В результате этого в электронной области образуется нескомпенсированный положительный ион донора.

В результате диффузии на границе между этими областями образуется двойной электрический слой разноименно заряженных ионов, толщина l которого не превышает долей микрометра.

Между слоями ионов возникает электрическое поле с напряженностью E_i. Электрическое поле электронно-дырочного перехода (р-n-переход) препятствует дальнейшему переходу электронов и дырок через границу раздела двух полупроводников. Запирающий слой имеет повышенное сопротивление по сравнению с остальными объемами полупроводников.

Внешнее электрическое поле с напряженностью E влияет на сопротивление запирающего электрического поля. Если n-полупроводник подключен к отрицательному полюсу источника, а плюс источника соединен с p-полупроводником, то под действием электрического поля электроны в n-полупроводнике и дырки в p-полупроводнике будут двигаться навстречу друг другу к границе раздела полупроводников (рис. 11). Электроны, переходя границу, «заполняют» дырки. При таком прямом направлении внешнего электрического поля толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются. В этом направлении электрический ток проходит через р-n-переход.

Рис. 11

Рассмотренное направление p-n-перехода называют прямым. Зависимость силы тока от напряжения, т.е. вольт-амперная характеристика прямого перехода, изображена на рис. 12 сплошной линией.

Рис. 12

Если n-полупроводник соединен с положительным полюсом источника, а p-полупроводник — с отрицательным, то электроны в n-полупроводнике и дырки в p-полупроводнике под действием электрического поля будут перемещаться от границы раздела в противоположные стороны (рис. 13). Это приводит к утолщению запирающего слоя и увеличению его сопротивления. Направление внешнего электрического поля, расширяющее запирающий слой, называется запирающим (обратным). При таком направлении внешнего поля электрический ток основных носителей заряда через контакт двух п- и p-полупроводников не проходит.

Рис. 13

Ток через p-n-переход теперь обусловлен электронами, которые есть в полупроводнике p-типа, и дырками из полупроводника n-типа. Но неосновными носителей заряда очень мало, поэтому проводимость перехода оказывается незначительной, а его сопротивление — большим. Рассмотренное направление p-n-перехода называют обратным, его вольт-амперная характеристика изображена на рис. 12 штриховой линией.

Обратите внимание, что масштаб измерения силы тока при прямом и обратном переходах отличаются в тысячу раз. Заметим, что при определенном напряжении, приложенном в обратном направлении, происходит пробой (т.е

разрушение) p-n-перехода

Заметим, что при определенном напряжении, приложенном в обратном направлении, происходит пробой (т.е. разрушение) p-n-перехода.

Что представляют собой полупроводники?

Под полупроводниками понимаются химические элементы, обладающие ограниченной способностью передавать электрический ток. Это обусловлено небольшим количеством свободных электронов, формирующихся в их структуре при подключении электродов.

Типичными полупроводниками считаются такие химические элементы, как кремний — относящийся, в частности, к 4-й группе веществ по периодической системе Д. И. Менделеева. На внешней оболочке кремния располагается 4 электрона, классифицируемых как валентные. К иным чистым полупроводникам можно отнести, к примеру, германий.

Одна из главных характеристик полупроводников — удельное сопротивление. Оно может находиться в интервале от 10 в 4 до 10 в минус 5 степени Ом на метр. Для того чтобы понизить удельное сопротивление рассматриваемых элементов, в их состав могут быть включены легирующие примеси. Такие как, например, бор и мышьяк.

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 3-й группы по таблице Менделеева (в частности, при использовании бора), то полупроводник будет классифицирован как относящийся к p-типу. У элементов 3-й группы в оболочке присутствует 3 электрона. Это значит, что в структуре кристалла легированного полупроводника из-за недостающего электрона образуются «дырки», которые при подключении тока начинают движение в обратном направлении относительно положительного контакта (к которому, в свою очередь, стремятся электроны).

Если легирование полупроводников осуществляется посредством элементов 5-й группы (например, при использовании мышьяка), то проводник будет относиться к n-типу. У элементов 5-й группы на внешней оболочке располагается 5 электронов. Поэтому при легировании полупроводника часть из них освобождается, вследствие чего элемент приобретает проводимость.

Можно отметить, что пограничная область, располагающаяся между полупроводниками p-типа и n-типа, обладает свойством проводить ток только при подключении электродов в определенном положении. Благодаря данной особенности функционируют различные электронные компоненты, в составе которых используются полупроводниковые вещества, — диоды, транзисторы.

Еще одно примечательное свойство рассматриваемых элементов — усиление проводимости по мере увеличения температуры.

Отличие кабеля от провода

Какое же у этих изделий сходство или различие? Визуально они очень похожи, но по документации эти изделия проходят под разными наименованиями – «провод» и «кабель». А если заглянуть в строительную смету, то там четко видно, что провод стоит дешевле, чем кабель.

В различной спецлитературе, учебниках и справочниках даются определения этим понятиям, но они довольно пространные. Зато в ТУ и ГОСТ есть характеристика изделий, относящихся к «проводу» или к «кабелю».

В ТУ зачастую можно найти лишь небольшие детали, по которым необходимо различать кабель и провод. Например, форма (плоская или круглая), толщина оболочки, изоляция, количество жил.

Если говорить о форме, то она не несет специфической нагрузке. От формы изделия зависит разве что удобство использования в конкретной ситуации. Определяющим фактом в делении на провод или кабель является спецификация. В ней указано конкретно, какое это изделие.

Слова « кабель» и «провод» часто используются в описаниях электропроводки и электрических сетей, когда имеется в виду проводник электрического тока. Может показаться, что эти два изделия – одно и тоже. Но между ними есть разница, которая будет описана ниже.

Что представляет собой провод

? В электротехнике так называют многожильный или одножильный проводник, который имеет легкую трубчатую изоляцию, либо вовсе ее не имеет.

Кабель представляет собой

систему изолированных проводников, которые для удобства монтажа и эксплуатации, а также для защиты от влияния окружающей среды и механических повреждений объединены в единую конструкцию. Для повышения безопасности использования электрических проводов, для облегчения их совместной прокладки, для обеспечения защиты при эксплуатации в сложных условиях электрические провода собирают вместе. На них «одевается» дополнительный слой изоляции. Кабель защищают броневым кожухом при необходимости.

Итак, провод – это одни проводник, а кабель – это две или более изолированные жилы, объединенные вместе. Помимо изоляции жил кабель имеет изоляционную оболочку. Если на двух или более проводниках нет никакой изоляции, то перед вами просто проводник, по классификации – это «провод», а не «кабель».

Все провода и кабели можно разделить на несколько категорий в зависимости от характеристик изделия, особенностей конструкции и материалов, используемых при изготовлении.

Провода делятся на две группы:

— многожильный провод, например, ПВ-3 – гибкий провод из меди;
— из сплошной проволоки (монолит), например, ПВ-1 – однопроволочный провод из меди.

От коэффициента гибкости и уровня сопротивления зависят требования к эксплуатации и применение провода. Одножильные твердые провода могут быть как без оболочки, «голыми», так и в оболочке. Благодаря своей конструкции такой тип провода предполагает уменьшение сопротивления. Если за цель ставится увеличение производительности на высоких частотах, то обычно прибегают к использованию подобных твердых проводников.

Первый тип провода представляет собой множество токопроводящих жил. Этот провод состоит из нескольких нитей медной проволоки, которые сплетены в единое целое. При внешних механических воздействиях, а также при частых перегибах такое строение провода помогает увеличить срок эксплуатации изделия и достичь существенной гибкости.

О полупроводниках

Полупроводник выступает в роли промежуточного вещества между проводником и диэлектриком. Самыми яркими представителями данного типа веществ являются кремний, германий, селен. Помимо этого, к данным веществам принято относить элементы четвертой группы периодической таблицы Дмитрия Ивановича Менделеева.

Полупроводники: кремний, германий, селен

Полупроводники имеют дополнительную «дырочную» проводимость, в дополнение к электронной проводимости. Данный тип проводимости зависим от ряда факторов внешней среды, среди которых свет, температура, электрическое и магнитное поле.

В данных веществах имеются непрочные ковалентные связи. При воздействии одного из внешних факторов связь разрушается, после чего происходит образование свободных электронов. При этом, когда электрон отсоединяется, в составе ковалентной связи остается свободная «дырка». Свободные «дырки» притягивают соседние электроны, и так данное действие может производиться бесконечно.

Увеличить проводимость полупроводниковых веществ можно путем внесения в них различных примесей. Данный прием широко распространен в промышленной электронике: в диодах, транзисторах, тиристорах. Рассмотрим более подробно главные отличия проводников от полупроводников.