1)Полупроводники — материалы, которые по своей удельной проводимости занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками и отличаются от проводников сильной зависимостью удельной проводимости от концентрации примесей, температуры и воздействия различных видов излучения. Основным свойством этих материалов является увеличение электрической проводимости с ростом температуры

К наиболее сильным полупроводникам относят такие химические элементы, как теллур, кремний, германий и селен. Так же некоторые химические соединения тоже являются полупроводниками.

Но почему полупроводники обладают такими интересными свойствами и в чем их выгода?

2) Рассмотрим схематичное строение самого популярного на сегодняшний день полупроводника, Кремния. На внешней оболочке атома кремния расположено 4 электрона. Эти электроны связывают между собой атомы вещества в кристаллическую решетку. В отличие от металлов, эти электроны не являются общими, ведь каждый из них принадлежит двум соседним атомам.

3) При обычных условиях, эти электроны малоподвижны. Но с увеличением температуры некоторые из этих электронов покидают свои места, тем самым создавая свободное место с условно положительным зарядом, которое называется Дыркой. Электроны же становятся свободными частицами и движутся в кристалле хаотично. В это время другой электрон отрывается и встает на место этого, тем самым создавая новую дырку.Если приложить к полупроводнику внешнее электрическое поле, то электроны будут стремиться к положительному полюсу, а дырки - к отрицательному.

4) Так как в чистом полупроводнике количество дырок и свободных электронов очень мало, поэтому для их увеличения используют различного рода примеси. В роли примесей выступают химические элементы с меньшим или большим количеством электронов на внешней оболочке. И, в зависимости от этого, такие полупроводники делятся на два вида: P- и N-типа.

P-от слова positive, что значит положительный. В проводники p-типа добавляют некоторое количество элемента, в котором 3 электрона на внешней оболочке, например, Индий. Так как валентные возможности индия ограничены 3-мя электронами, вместо 4-х у Кремния, то около каждого атома индия появляется одна дырка. Такой полупроводник имеет дырочную проводимость, а примесь называется акцепторной. От слова Accept-принимать.

N-от слова negative, что значит отрицательный. В проводники этого типа добавляют элемент, в котором 5 электронов на внешней оболочке, например, Мышьяк. В связи с тем, что он имеет 5 электронов, при внедрении его к решетку Кремния, остается один незадействованный электрон, который начинает хаотично двигаться по кристаллу. Такая примесь называется Донорной, то есть отдающей.

5) При плотном соединении полупроводников p- и n-типов и последующем подключении к ним электродов, образуется p-n переход. Если полупроводник n-типа подключить к минусу, а p-типа к плюсу, это будет прямое включение. При этом электроны из полупроводника n-типа будут стремиться к плюсу, а дырки из полупроводника p-типа, будут смещаться к минусу. При этом недостаток электронов и дырок будет постоянно возмещаться за счет подключенных электродов. Таким образом в этом устройстве будет течь постоянный ток. Но при обратном включении(то есть минус к p-полупроводнику, а плюс-к n-полупроводнику), ушедшие заряды возмещаться не будут, таким образом постоянного тока не будет. Это свойство p-n перехода пропускать ток только в одном направлении применяется в приборах-выпрямителях тока.

6) Изменение электропроводности полупроводников под влиянием температуры позволило применять их в приборах, работа которых основана на использовании этого свойства. Полупроводники используют в качестве термометров для замера температур окружающей среды. Они более чувствительны, чем термометры сопротивления, изготовляемые из металла под названием болометров. У некоторых полупроводников повышение температуры на 1°C увеличивает электропроводность на 3-6%, повышение температуры на 10° - примерно на 75%, а повышение температуры на 100°C увеличивает электропроводность в 50 раз. Благодаря высокому удельному сопротивлению полупроводников их применяют в качестве чувствительных термометров при дистанционных измерениях.

7) Перевод электронов в свободное состояние или образование «дырок» в полупроводнике может происходить не только под влиянием тепла, но и в результате воздействия других видов энергии, таких, как световая, энергия потока электронов, ядерных частиц. Увеличение количества свободных электронов или «дырок» проявляется повышением электропроводности и возникновением тока.

У многих полупроводников связь между электронами и атомами настолько незначительна, что лучистой энергии света вполне достаточно для перевода электронов в свободное состояние.

Повышение электропроводности, вызванное светом, носит название фотопроводимости, а основанные на этом явлении приборы называют фотосопротивлениями.

Приборы, основанные на данном принципе, применяются во многих приборах, например, с помощью фотосопротивления есть возможность автоматически сортировать предметы по цвету или размеру.

8) Термоэлементы – приборы, в которых тепловая энергия непосредственно превращается в электрическую.

Коэффициент полезного действия термоэлемента, составленного из полупроводников, доходит до 7-10%, т.е. находится на уровне к.п.д. таких машин, как паровозы, в которых он равен 4-8%. Термоэлементы составляют из полупроводников с р- и n-проводимостью, соединённых друг с другом металлической пластинкой.

При подогреве места «спая» полупроводниковых пластинок в замкнутой цепи возникает электродвижущая сила. Соединение таких отдельных термоэлементов в батарею даёт возможность получать постоянный ток необходимого напряжения в 120 и более вольт.

9 Полупроводниковые диоды используют свойство односторонней проводимости p-n перехода — контакта между полупроводниками с разным типом примесной проводимости. Диод-прибор, который пропускает ток при прямом подключении, но не пропускает в обратном. Именно благодаря этому свойству, диоды получили популярность. Например, их используют для защиты некоторых устройств от неправильного подключения к электродам.