§ 37. Электрический ток в полупроводниках. Собственная и примесная проводимости полупроводников
Техническое применение полупроводников. Приборы, работа которых основана на свойстве полупроводников изменять своё сопротивление при изменении температуры, называют термисторами или терморезисторами.
Терморезисторы (рис. 222) используют для защиты телефонных станций и линий от токовых перегрузок, для пускозащитных реле компрессоров холодильников, поджига люминесцентных ламп, подогрева дизельного топлива; в различных электронагревательных устройствах: нагревательных решётках тепловентиляторов, сушилках для обуви.
Приборы, работа которых основана на свойстве полупроводников изменять своё сопротивление при изменении освещённости их поверхности, называют фоторезисторами или фотосопротивлениями (рис. 223). Их используют для регистрации слабых потоков света, при сортировке и счёте готовой продукции, для контроля качества и готовности самых различных деталей; в полиграфической промышленности для обнаружения обрывов бумажной ленты, контроля количества листов бумаги, подаваемых в печатную машину; в медицине, сельском хозяйстве и других областях.
Широкое применение находят полупроводниковые диоды, которые являются основными элементами выпрямителей переменного тока и детекторов электромагнитных сигналов. С помощью полупроводниковых диодов можно осуществить непосредственное превращение энергии электромагнитного излучения в электрическую энергию. Такие диоды называют фотодиодами (рис. 224).
В электрических устройствах (схемах) используют транзистор — прибор, предназначенный для усиления, генерации, преобразования и коммутации сигналов в электрических цепях.
Светоизлучающий диод (светодиод) — это полупроводниковый прибор, преобразующий электрическую энергию непосредственно в световое излучение. Он представляет собой миниатюрный полупроводниковый диод, помещённый в прозрачный корпус (рис. 225). Используя светодиоды, изготавливают, например, светодиодные светильники (рис. 226).
1. Для сортировки и счёта деталей широко применяют фоторезисторы. Каким свойством полупроводников можно объяснить действие этого прибора?
2. На рисунке 227 представлены графики зависимости силы тока от напряжения для терморезистора. Какой из графиков соответствует более низкой температуре терморезистора? Определите сопротивление терморезистора при более высокой температуре.
Из истории физики
В 2000 г. уроженцу Беларуси Жоресу Ивановичу Алфёрову (1930–2019) совместно с американскими учёными Гербертом Кремером и Джеком Килби была присуждена Нобелевская премия по физике за «исследование полупроводниковых гетероструктур, лазерных диодов и сверхбыстрых транзисторов».
1. Каково строение полупроводников (на примере кристалла германия)?
2. Какова природа электрического тока в полупроводниках?
3. Объясните механизм собственной проводимости полупроводников.
4. Как зависит сопротивление полупроводников от температуры? освещённости?
5. Может ли наблюдаться у полупроводников явление сверхпроводимости? Почему?
6. В чём отличие зависимости электрической проводимости металлических проводников, полупроводников и диэлектриков от температуры? Почему?
7. В каком случае полупроводник может проявлять свойства диэлектрика?
8. Как влияет на проводимость металлических проводников, полупроводников и диэлектриков наличие в них небольшого количества примесей?
9. Приведите примеры использования полупроводниковых приборов.
