 |
Движение электронов в металле.
|
|
|
|
Электроны под влиянием постоянной силы, действующей со стороны электрического поля, приобретают определенную скорость упорядоченного движения (ее называют дрейфовой). Эта скорость не увеличивается в дальнейшем со временем, так как со стороны ионов кристаллической решетки на электроны действует некоторая тормозящая сила. Эта сила подобна силе сопротивления, действующей на камень, когда он тонет в воде. В результате средняя скорость упорядоченного движения электронов пропорциональна напряженности эл.поля в проводнике 
и, следовательно, разности потенциалов на концах проводника, так как E=U/l
где l — длина проводника.
Известно, что сила тока в проводнике пропорциональна скорости упорядоченного движения частиц 
. Сила тока пропорциональна разности потенциалов на концах проводника: I ~ U. В этом состоит качественное объяснение закона Ома на основе классической электронной теории проводимости металлов. Построить удовлетворительную количественную теорию движения электронов в металле на основе законов классической механики невозможно. Условия движения электронов в металле таковы, что классическая механика Ньютона неприменима для описания этого движения.
Зависимость сопротивления проводника от температуры и график зависимости R(t). 
Если пропустить ток от аккумулятора через стальную спираль, а затем начать нагревать ее в пламени горелки, то амперметр покажет уменьшение силы тока. Это означает, что с изменением температуры сопротивление проводника меняется. Если при температуре, равной 0, сопротивление проводника равно R0, а при температуре t оно равно R, то относительное изменение сопротивления, как показывает опыт, прямо пропорционально изменению температуры: (R – Rо/R) α *t
|
|
|
Коэффициент пропорциональности называют температурным коэффициентом сопротивления. Он характеризует зависимость сопротивления вещества от температуры.
Температурный коэффициент сопротивления численно равен относительному изменению сопротивления проводника при нагревании на 1 К. Для всех металлических проводников α > 0 и незначительно меняется с изменением температуры. Если интервал изменения температуры невелик, то температурный коэффициент можно считать постоянным и равным по среднему значению на этом интервале температур. У растворов электролитов сопротивление с ростом температуры не увеличивается, а уменьшается. Для них α < 0
Так как α мало меняется при изменении температуры проводника, то можно считать, что удельное сопротивление проводника линейно зависит от температуры.
52) Электрический ток в полупроводниках: определение п/п.
Наиболее отчетливо
полупроводники отличаются от проводников характеров зависимости
электропроводимости от температуры. Измерения показывают, что у ряда элементов
(кремний, германий, селен и др.) и соединений (PbS, CdS и др.) удельное
сопротивление с увеличением температуры не растет, как у металлов, а, наоборот,
чрезвычайно резко уменьшается. Такие вещества и называют полупроводниками.
Строение п/п.
Понять же в общих чертах, как работает транзистор, не так уж и
трудно. Сначала надо познакомиться с механизмом проводимости в
полупроводниках. А для этого придется вникнуть в природу связей, удерживающих
атомы полупроводникового кристалла друг возле друга. Для примера рассмотрим
кристалл кремния.
Кремний – четырехвалентный элемент. Это означает, что во внешней оболочке
атома имеются четыре электрона, сравнительно слабо связанные с ядром. Число
ближайших соседей каждого атома кремния также равно четырем.
|
|
|
Взаимодействие пары соседних атомов осуществляется с помощью парноэлектронной
связи, называемой ковалентной связью. В образовании этой связи от каждого
атома участвует по одному валентному электрону, которые отщепляют от атомов
(коллективизируются кристаллом) и при своем движении большую часть времени
проводят в пространстве между соседними атомами. Их отрицательный заряд
удерживает положительные ионы кремния друг возле друга.
Парноэлектронные связи кремния достаточно прочны и при низких температурах не
разрываются. Поэтому кремний при низкой температуре не проводит электрический
ток. Участвующие в связи атомов валентные электроны прочно привязаны к
электрической решетке, и внешнее электрическое поле не оказывает заметное
влияние на их движение. Аналогичное строение имеет кристалл германия.
Электронная и дырочная проводимость.
Электронная:
При нагревании кремния кинетическая энергия валентных электронов повышается,
и наступает разрыв отдельных связей. Некоторые электроны покидают свои
«проторенные пути» и становятся свободными, подобно электронам в металле. В
электрическом поле они перемещаются между узлами решетки, образуя
электрический ток. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов,
называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных
связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. При нагревании от 300
до 700К число свободных электронов увеличивается от 1017 до 10
24 1/м3. Это приводит к уменьшению сопротивления.
Дырочная проводимость.
При разрыве связи образуется вакантное место с недостающим электроном. Его
называют дыркой. В дырке имеются избыточный положительный заряд по сравнению
с остальными, нормальными связями.
Положение дырки в кристалле не является неизменным. Непрерывно происходит
следующий процесс. Один из электронов, обеспечивающих связь атомов,
перескакивает на место образовавшейся дырки и восстанавливает здесь
парноэлектронную связь, а там, откуда перескочил этот электрон, образуется
новая дырка. Таким образом, дырка может перемещаться по всему кристаллу.
Итак, в полупроводниках имеются носители заряда двух типов: электроны и
|
|
|
дырки. Поэтому полупроводники обладают не только электронной, но и дырочной
проводимостью.
Мы рассмотрели механизм проводимости идеальных полупроводников. Проводимость
при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников.
Проводимость чистых полупроводников (собственная проводимость) осуществляется
перемещением свободных электронов (электронная проводимость) и перемещением
связанных электронов на вакантные места парноэлектронных связей (дырочная
проводимость).
|
|
|
