If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Ако си зад уеб филтър, моля, увери се, че домейните *. kastatic.org и *. kasandbox.org са разрешени.

Основно съдържание
Текущ час:0:00Обща продължителност:10:22

Видео транскрипция

В предишно видео видяхме, че ако вземеш чист полупроводник и добавиш елемент от група 15, като азот или фосфор – взехме фосфора за пример – тогава фосфорът, понеже има пет валентни електрона, един допълнителен електрон в сравнение със силиция на стайна температура, тогава тези фосфорни атоми, при стайна температура, даряват допълнителните електрони и сега целият ни полупроводник има много повече електрони, много повече отрицателни носители на заряда в сравнение с дупките, в крайна сметка получаваме това, което наричаме полупроводник вид n. И в това видео ще видим какво ще се случи, ако добавим елементи от група 13. Ще вземем бор за нашия пример. Обикновено добавяме само елементи от група 13 и група 15, за да добавим примеси към полупроводника и ще поговорим малко за това към края на видеото. Процесът и нещата, които ще се случат, когато добавим бор или друг елемент тук, ще е идентичен, много подобен на това, което се случва тук – добавяме елементи от група 15, така че ще е много лесно да проследим това, ще е много по-лесно и дори можеш да прогнозираш какво ще се случи предварително, ако гледа предишните видеа – ако не ги гледа и ако ти трябва припомняне, тогавя ще е чудесна идея да се върнеш обратно и да гледаш първо тези видеа, а после да се върнеш обратно тук. Нека добавим бор. Ако запишеш електронната конфигурация на бора, ще видиш, че има само три валентни електрона. Можем набързо да я запишем и да проверим, за да потвърдим това. Тъй като, ако борът има пет електрона, неговата конфигурация ще е 1s2 2s2, 2р1, така че, забележи, валентните електрони са само три. Опа. И ако добавиш бор към полупроводника, към чист вътрешен полупроводник – и начинът да го добавиш... той е сложен, няма да навлизаме в това – но тогава някои от атомите на силиция ще бъдат заменени от атоми бор– или при някои места няма да има силициеви атоми, наричаме ги кристален дефект, никой кристал не е перфектен. При някои места ще има празни места, така че нещо може да дойде тук и просто ще предположим, че един от атомите на бора се замени един от силициевите атоми – нека махнем един силициев атом и да го заменим с бор. Атома на бора влиза тук, забележи, понеже има три валентни електрона, може добре да създаде ковалентни връзки с три съседни силициеви атома, така че тези атоми са доста "щастливи", не ги интересува какъв е атомът, понеже са запълнили октета си, но можеш да забележиш, че този силициев атом не е толкова "щастлив" понеже не е запълнил октета си и причината е, че няма един електрон тук. Хубаво би било да има електрон тук, силициевият атом има нужда от един електрон. Тоест тук има празно място за електрон, което не е заето. И силициевият атом силно иска електрон. Въпросът е какво ще се случи. Може ли някой електрон оттук да се промъкне и да запълни това място? Трябва да внимаваме и да разгледаме енергийните нива на това празно място, създадено от бора. Нека се отървем от това видео и да върнем зонната диаграма, която използвахме доста. Това ще е зонна диаграма при много ниска температура на собствен полупроводник. Но сега добавяме бор и ни интересува какво е енергийното ниво на това място. Оказва се, че ако направиш изчисленията, тогава енергийното ниво е много близко до горната част на валентната зона, а това е полезно за нас. Ако това е при стайна температура, тогава, както сме виждали, при чистият полупроводник ще има генериране на топлина, някои от електроните ще получат топлинна енергия и ще скочат в провеждащата зона, но, забележи, тъй като има друга енергия, налична тук, някои от тези електрони могат да прескочат оттук до тук. Логично ли е това? Понеже тази разлика в енергията е изключително ниска, много по-малка, отколкото тази разлика в енергията, е много по-лесно електроните да прескочат тук. Почти всички от тези празни места ще бъдат напълно запълнени от други електрони и, като резултат, всички тези ще бъдат запълнени от други и, когато прескочат, ще оставят след себе си много дупки. Ако видиш това, да си представим, да кажем, че този електрон е прескочил оттук до тук – всеки електрон може да го направи, всеки близък електрон може да направи това и, като резултат, забележи, той е оставил дупка и тази дупка сега е във валентната зона, тя е свободна да се движи. Забележи, чрез добавяне на елемент от група 13, като бор, създадохме много, много дупки. Да запишем това. Това е обобщението на цялото това. Ако добавиш елемент от група 13, тогава получаваме много повече дупки, отколкото електрони, и понеже сега преобладаващите носители на заряда, по-голямата част от провеждането се извършва от дупки, които действат като положителни заряди, помни, не са положителни заряди, дори не са частици, но действат като положителен заряд, в смисъла, че ако приложиш електрическо поле, дупките изглежда се движат в същата посока, така че тъй като имаш множество положителни заряди, наричаме това полупроводник тип р – р за положителен (positive), така че наричаме това полупроводник вид р. Когато някой каже р-вид, "р" ми казва, че има много повече положителни носители – много повече дупки, доста повече дупки, отколкото електрони. И това е почти всичко. Просто имаме две технически имена, които използваме, когато става въпрос за добавяне на примеси – процесът се нарича дотиране и, тъй като борът е приел един електрон, имаме дупки и наричаме тази примес акцепторна примес, а тази 13-та група наричаме акцептори. Акцепторните примеси са просто акцептори и енергийното ниво, които имат и при което електроните могат да прескочат нагоре – това енергийно ниво, което е въведено от бора, се нарича акцепторно ниво. И сега можем да зададем голям въпрос – защо добавяме само елементи от група 13? Можем да извадим периодичната си таблица... Да, елементите от група 13 стават, но защо не добавяме 12 група... например, не знам, цинк? Понеже, ако намериш електронната им конфигурация ще видиш, че имат само два валентни електрона – можеш да провериш – и ако добавим цинк, може би, той има само два валентни електрона и ще освободи повече места и повече електрони могат да заемат местата, нали? Не, това не работи по този начин. Важното е да погледнем това акцепторно ниво. Оказва се, че ако добавиш елемент от група 2 или от друга група, акцепторното ниво просто ще стане по-високо и по-високо и по-високо. И какъв е смисълът да имаш много свободни места, ако акцепторното ниво е толкова високо! Тогава ще е много трудно тези електрони да прескочат оттук до тук, ще е нужна много повече енергия и тези места няма да бъдат заети от електроните при стайна температура и се надявам, че виждаш, че ще е безсмислено и това е причината да добавяме елементи от група 13. Понеже се оказва, че акцепторните нива на елементите от група 13, на почти всички елементи от група 13, са толкова близо до горната част на валентната зона и това е ключът към разбирането защо добавяме само елементи от група 13. Последно – едно голямо погрешно схващане, което може да имаш, понеже при мен беше така, е, че имаме много повече дупки, отколкото електрони, така че това не е ли положително зареден полупроводник, понеже също е и наречен р-вид, а аз мислех, че р-вид означава положителен (positive) вид, мислех, че това означава положителен полупроводник. Трябва да внимаваме... Започваме с неутрален чист полупроводник, всички силициеви атоми бяха неутрални и добавихме неутрален бор, така че може ли цялото нещо да бъде заредено? Цялото нещо е пак неутрално, но трябва да разберем, че въпреки че имаме тези допълнителни дупки, които може да мислиш, че допринасят за положителен заряд, помни, когато борът приеме електрон, той става отрицателен, така че тези допълнителни електронни дупки, които са получили заряд могат да бъдат балансирани, ако ги сравниш, ако осъзнаеш, че всички акцепторни примеси сега имат отрицателен заряд, така че това става йон и, като резултат, цялото нещо е неутрално. Но големият въпрос е... Помни, искаме нещо, което провежда само в една посока. Може ли да направи това? Да открием. Цялото нещо е готово, ето тук. Така обикновено изобразяваме един полупроводник р-тип. Ще игнорираме силициевите атоми и само ще покажем борните йони. Тъй като това е акцептор, то е приело тези електрони и е станало отрицателно, но като резултат от приемането им, сега имаме много дупки, които могат да се местят свободно, преобладаващите носители са дупки и имаме няколко образувани двойки електрон-дупка поради генерацията на топлина, така че накратко това е полупроводникът р-вид. Предпочитаме да го показваме по този начин. И само в една посока ли провежда сега? Отговорът е не. Понеже ако приложиш електрическо поле надясно, почти всички дупки ще отидат надясно, а ако приложиш електрическо поле наляво, те ще отидат наляво. Просто подобрихме провеждащите свойства на чистия ни полупроводник, но той няма свойството да насочва тока, така че по този начин пак е доста безполезен. Един полупроводник р-тип сам по себе си все още е доста безполезен и трябва да направим още нещо, за да е по-полезен, и ще направим това в бъдещи видеа.
Кан Академия – на български благодарение на сдружение "Образование без раници".