i
ПОЛУПРОВОДНИКИ
к катоду так, как если бы в этом направлении
перемещался положительный заряд. Это и есть тот второй механизм тока («ток замещения»), к-рый мы уже упоминали выше. Чем больше разность энергий Е между двумя системами состояний, тем меньше электронов N обладает при данной температуре Т достаточной кинетич. энергией, чтобы перейти в группу свободных состояний.
Однако эти электроны не остаются длительно в свободной полосе уровней. Часть из них возвращается обратно в полосу с меньшей энергией, а часть может закрепиться в отдельных участках, где энергия электронов понижена благодаря присутствию атомов примеси, трещине или искажению решотки. В результате установится нек-рое подвижное равновесие, при к-ром столько же электронов будет уходить из полосы свободных уровней, сколько и вновь в нее приходить. При этом в 1 см3 окажется п свободных электронов. Если в кристалле нет примесей и неоднородностей, на к-рых мог бы закрепиться электрон, то среди состояний наименьшей энергии будет такое же число п свободных состояний в 1 ел8. Когда в кристалле имеются примеси (напр., избыток или недостаток кислорода, серы), эти посторонние атомы могут служить как добавочным источником электронов, так и местом прилипания электронов; Таким образом к той системе квантовых состояний, к-рая имеется в основном кристалле, добавляются состояния электронов, связанных с примесями. Обычно энергия этих электронов занимает промежуточное положение между энергией системы из jV0 нормальных и состояний с повышенной энергией. Если разность энергий электронов при переходе из одной полосы в другую обозначим через Е, то можно утверждать, что при температуре Т в 1 кубическом сантиметре П. в свободной полосе будет иметься п электронов уровней с повышенной энергией: Е
п = NQe 2kT .
Для перехода в эту свободную полосу электронов, связанных с примесью, требуется энергия Е'<Е.
В случае наличия примесей в системе свободных уровней появится добавочное число п' электронов, где п' = N'e 2kT .
Несмотря на то, что число N' добавочных атомов примеси меньше 1% общего числа атомов No, величина п' обычно в сотни и тысячи раз превышает значение п. Если в П. имеется N" атомов примеси, к-рые обладают свободными уровнями энергии, превышающими нормальные уровни на величину Е"< Е, то под влиянием теплового движения на свободные уровни примесей перейдет часть электронов основной решотки кристаллов и среди No нормальных уровней в состоянии равновесия окажется нек-рое число _ Е” п — Ne 2кт свободных мест, которые во всех отношениях будут аналогичны п" положительным электронам.
Полная электропроводность П. складывается из 3 частей: 1) движения п отрицательныхэлектронов и п положительных зарядов, соответствующих механизму тока замещения в самой кристаллич. решотке; 2) добавочных п' электронов, созданных примесями, и 3) п" положительных свободных мест, обязанных своим происхождением добавочным уровням прилипания электронов. При низких температурах п' и п" значительно превышают п; при высоких температурах, наоборот, главное значение получает величина п. Перевод электронов из нормальной системы уровней в состояние более высокой энергии может совершаться также за счет энергии поглощенного света. Так как эта энергия, поглощаемая при каждом элементарном акте поглощения фотона, равна fev, то для такого перехода необходимо, чтобы hv>E.
При поглощении света к обычному числу электронов добавляется за каждую секунду еще некоторое число где 1С — количество световой энергии, поглощенное за 1 сек. Повышение электропроводности при освещении называют внутренним фотоэффектом.
Давно уже известна фоточувствительность селена и серы. В настоящее время в технике пользуются в качестве фотосопротивлений сернистым таллием (T12S), чувствительным как в видимой, так и в инфракрасной части спектра В очень сильных электрич. полях, превышающих 104 вольт/см, появляется добавочное число пЕ свободных электронов, созданных электрич. полем Е, причем
пЕ=АеЕ°.
С возрастанием Е величина пЕ возрастает настолько, что наступает пробой (в П. обычно при 1—5 • 105 вольт/сл).
Технические применения П.
Типичным свойством П., получивших широкое технич. применение, является их выпрямительная способность: металлическое острие, касаясь определенных участков на поверхности полупроводящих кристаллов, обладает сопротивлением, сильно зависящим от направления тока. Прилагая к такой системе переменную электродвижущую силу, мы получаем ток преимущественного направления. Такие устройства — кристаллич. детекторы — широко применялись раньше для приема радиоволн.
Для выпрямления технического переменного тока применяют выпрямители из закиси меди (Си2О). Они состоят из медной пластины, окисленной при температуре свыше 1.000° С. Между сравнительно хорошо проводящим слоем закиси меди, обладающим избытком кислорода, и металлич. медью образуется тонкий слой (порядка 10~5 см) очень плохо проводящей закиси меди. Когда из слоя металлич. меди в этот непроводящий слой движутся электроны, выпрямитель обладает малым сопротивлением.
При противоположном же направлении тока сопротивление системы во много тысяч раз больше. Кроме выпрямителей из закиси меди, имеются выпрямители из селена (Se) и нек-рых других П. Тонкий непроводящий слой носит название запирающего слоя выпрямителя.
Если материал выпрямителя обладает фоточувствительностью, то он может служить и как фотоэлемент (см.) с запирающим слоем. Наиболее употребительны фотоэлементы из селена, покрытого тонким слоем золота или другого
