Полупроводники. Часть II. Строение атома и электоропроводность.

Для того чтобы лучше понять особенности природы полупроводников, стоит немного вспомнить электронное строение атома. Для этого рассмотрим планетарную модель атома, предложенную датским физиком Н. Бором в 1913 году. Согласно этой модели, в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов. Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества. Например, у водорода (H) всего один электрон, у полупроводника кремния (Si) — 14 электронов.

Носители электрического заряда в атоме

Каждый протон несет частицу положительного электрического заряда. Электрон является носителем отрицательного электрического заряда, равного по силе заряду протона. Нейтроны не несут заряда, и остаются электрически нейтральными.

В обычном состоянии количество протонов и электронов одинаково, и такой атом электрически нейтрален. Когда у химического элемента не хватает одного электрона, тогда его называют положительно заряженным ионом . При избытке электронов, атом становится отрицательно заряженным ионом .

Электронная оболочка атома

Область пространства вероятного местонахождения электрона называется электронная оболочка. Атом может иметь до семи электронных оболочек, именуемых латинскими буквами K (ближайшая оболочка к ядру), L, M, N, O, P и Q. На таблице ниже указано максимально возможное количество электронов на каждой оболочке.

Электроннаяоболочка Максимальноечисло электронов K 2 L 8 M 18 N 32 O 50 P 72 Q 98

Электроны, которые находятся дальше всего от ядра атома, располагаются на внешней электронной оболочке и называются валентными электронами. С их помощью атом взаимодействует с соседними химическими элементами.

Электропроводность материалов

Электрические свойства материала напрямую зависят от количества валентных электронов у их атомов. Чем их меньше, тем слабее связь каждого валентного электрона с ядром атома. Следовательно, такой материал лучше проводит электрический ток, потому что его атомы «охотнее» расстаються со своими электронами. Самые лучшие проводники — это химические элементы с одним электроном на внешней оболочке. Например, такие как золото (Au) или медь (Cu).

Соответственно, чем больше заполнена внешняя электронная оболочка, тем больше энергии требуется на разрыв связей между ядром атома и валентными электронами. Самые лучшие диэлектрики (материалы, практически не проводящие электричество) — это химические элементы с завершенной валентной оболочкой. Типичными их представителями являются, так называемые, благородные газы. Например неон (Ne) или аргон (Ar).

У полупроводников внешняя электронная оболочка заполнена наполовину. Следовательно, эти материалы не могут быть хорошими проводниками, как и диэлектриками. Полупроводники интерессны именно тем, что способны значительно менять свои электрические свойства в зависимости от температуры, или примесей других химических элементов.

В следующем разделе речь пойдет о том, как полупроводники специально «загрязняют» примесями, чтобы повлиять на их электропроводность. Также рассмотрим принципы действия дырочного и электронного типа проводимостей.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

КОММЕНТАРИИ:

Прооосто замечательно! Понятнее материала я не встречал до этого в Интернете. Настолько кратко и доступно. Ничего лишнего. Имею огромное желание изучить радиоэлектронику, знания которой хочу применять при ремонте компьютерной техники. Если у Вас есть возможность, я готов по договоренности пройти у Вас обучение с «0».

Действительно очень интересный и полезный материал. Просто и доступно.

Заметил небольшую ошибку, скорее описку, на второй картинке. Написано 14 электронов, когда должно быть 14 нейтронов.

«Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества.»

Ошибка. Свойства элемента определяет количество протонов.

Я уж не говорю об обилии грубых грамматических ошибок.

Свойства элемента определяет как количество протонов, так и электронов. Поскольку статья о полупроводниках и электрических свойствах, нас больше интересуют именно электроны.

Арсентий, чтобы удовлетворить Ваши запросы потребуется очень длинное изложение материала, среди строк которого потеряется вся прелесть доступности и простоты. Не вижу «обилия» грамматических ошибок, разве что Ваше «Я уж».

«Вокруг ядра вращаются электроны. Их количество определяет химические свойства элемента и название вещества. Например, у водорода (H) всего один электрон, у полупроводника кремния (Si) — 14 электронов»

Но количество электронов как раз таки не определяет название вещества. Название определяет количество протонов. Мне кажется это важно отметить, потому что немного путает.

Но рассказано очень интересно и доступно, за что огромное спасибо.

Наконец-то нашел такой ресурс, где могу вспомнить основы с нуля. Ибо в универе ТОЭ не было, а на автоматику забивал частенько. Спасибо.