Pusvadītāji ir materiāli, kas normālos apstākļos ir izolatori, bet, palielinoties temperatūrai, kļūst par vadītājiem. Tas ir, pusvadītājos, paaugstinoties temperatūrai, pretestība samazinās.

Pusvadītāja uzbūve uz silīcija kristāla piemēra

Apsveriet pusvadītāju struktūru un galvenos vadītspējas veidus tajos. Kā piemēru ņemiet vērā silīcija kristālu.

Silīcijs ir četrvērtīgs elements. Tāpēc viņa ārējā čaula Ir četri elektroni, kas ir brīvi saistīti ar atoma kodolu. Katram blakus ir vēl četri atomi.

Atomi mijiedarbojas viens ar otru un veido kovalentās saites. Šādā saitē piedalās viens elektrons no katra atoma. Silīcija ierīces diagramma ir parādīta nākamajā attēlā.

bilde

Kovalentās saites ir pietiekami spēcīgas un zemas temperatūras neplīst. Tāpēc silīcijā nav brīvu lādiņu nesēju, un tas ir dielektrisks zemā temperatūrā. Pusvadītājos ir divu veidu vadītspēja: elektronu un caurumu.

Elektroniskā vadītspēja

Kad silīcijs tiek uzkarsēts, tam tiks piešķirta papildu enerģija. Daļiņu kinētiskā enerģija palielinās un dažas kovalentās saites tiek pārtrauktas. Tas rada brīvos elektronus.

Elektriskā laukā šie elektroni pārvietojas starp mezgliem kristāla režģis. Šajā gadījumā silīcijā tiks izveidota elektriskā strāva.

Tā kā brīvie elektroni ir galvenie lādiņu nesēji, šāda veida vadītspēju sauc par elektronisko vadītspēju. Brīvo elektronu skaits ir atkarīgs no temperatūras. Jo vairāk silīciju karsējam, jo ​​vairāk kovalentās saites salūzīs, un līdz ar to parādīsies vairāk brīvo elektronu. Tas noved pie pretestības samazināšanās. Un silīcijs kļūst par vadītāju.

caurumu vadītspēja

Kovalentajai saitei pārtrūkstot, izmestā elektrona vietā veidojas brīva vieta, kuru var aizņemt cits elektrons. Šo vietu sauc par caurumu. Caurumam ir pārmērīgs pozitīvais lādiņš.

Cauruma stāvoklis kristālā pastāvīgi mainās, jebkurš elektrons var ieņemt šo pozīciju, un caurums virzīsies uz vietu, no kuras elektrons izlēca. Ja elektriskais lauks nē, tad caurumu kustība ir nejauša, un tāpēc strāva nenotiek.

Ja tā ir, tad caurumu kustībā ir sakārtotība, un papildus strāvai, ko rada brīvie elektroni, ir arī strāva, ko rada caurumi. Caurumi pārvietosies pretējā virzienā pret elektroniem.

Tādējādi pusvadītājos vadītspēja ir elektronu caurums. Strāvu ģenerē gan elektroni, gan caurumi. Šo vadīšanas veidu sauc arī par iekšējo vadītspēju, jo tajā ir iesaistīti tikai viena atoma elementi.

Pārvadātājs pusvadītājos

Ievads

Strāvas nesēji pusvadītājos ir elektroni un caurumi. Strāvas nesēji pārvietojas kristāla atomu periodiskajā laukā tā, it kā tās būtu brīvas daļiņas. Periodiskā potenciāla ietekme ietekmē tikai nesēja masu. Tas ir, periodiskā potenciāla ietekmē mainās nesēja masa. Šajā sakarā cietvielu fizika ievieš elektrona un cauruma efektīvās masas jēdzienu. Vidējā enerģija termiskā kustība elektroni un caurumi ir kT/2 katrai brīvības pakāpei. Elektrona un cauruma termiskais ātrums istabas temperatūrā ir aptuveni 10 7 cm/s.

Ja pusvadītājam tiek pielietots elektriskais lauks, tad šis lauks izraisīs strāvas nesēju novirzi. Šajā gadījumā nesēja ātrums vispirms palielināsies, palielinoties laukam, sasniegs vidējo ātruma vērtību un pēc tam pārtrauks mainīties, jo nesēji ir izkliedēti. Izkliedi izraisa defekti, piemaisījumi un fononu emisija vai absorbcija. Galvenais nesēju izkliedes iemesls ir lādēti piemaisījumi un režģa atomu termiskās vibrācijas (fononu absorbcija/emisija). Mijiedarbība ar tiem izraisa krasas pārvadātāju ātruma un to kustības virziena izmaiņas. Nesēja ātruma virziena izmaiņas ir nejaušas. Papildu mehānisms strāvas nesēju izkliedēšanai ir nesēju izkliede uz pusvadītāja virsmas.

Ārēja elektriskā lauka klātbūtnē nesēju kustības nejaušo raksturu pusvadītājā pārklāj virzīta nesēju kustība lauka iedarbībā intervālos starp sadursmēm. Un pat neskatoties uz to, ka nesēju nejaušās kustības ātrums var būt daudzkārt lielāks par nesēju virziena kustības ātrumu elektriskā lauka iedarbībā, nesēju kustības nejaušo komponentu var neņemt vērā, jo ar nejaušu kustību iegūtā nesēja plūsma nulle. Nesēju paātrinājums ārējā lauka iedarbībā pakļaujas Ņūtona dinamikas likumiem. Izkliede izraisa straujas kustības virziena un ātruma lieluma izmaiņas, bet pēc izkliedes atsākas daļiņas paātrinātā kustība lauka iedarbībā.

Sadursmju tīrais efekts ir tāds, ka daļiņas nepaātrina, bet daļiņas ātri sasniedz nemainīgu kustības ātrumu. Tas ir līdzvērtīgs bremzējoša komponenta ievadīšanai daļiņas kustības vienādojumā, ko raksturo laika konstante t. Šajā laika periodā daļiņa zaudē impulsu mv nosaka vidējais ātrums v. Daļiņai, kurai ir pastāvīgs paātrinājums starp sadursmēm, šī laika konstante ir vienāda ar laiku starp divām secīgām sadursmēm. Ļaujiet mums sīkāk apsvērt strāvas nesēja transportēšanas mehānismus pusvadītājos.

dreifēšanastrāva(Strāvas novirze)

Nesēju dreifēšanas kustību pusvadītājā elektriskā lauka iedarbībā var ilustrēt XXX attēlā. Lauks pārvadātājiem stāsta ātrumu v.

att. Nesēju kustība lauka iedarbībā .

Ja pieņemam, ka visi nesēji pusvadītājā pārvietojas ar vienādu ātrumu v, tad strāvu var izteikt kā kopējā starp elektrodiem pārnestā lādiņa attiecību pret laiku t r nododot šo lādiņu no viena elektroda uz otru, vai:

kur L – attālums starp elektrodiem.

Strāvas blīvumu tagad var izteikt kā strāvas nesēju koncentrāciju n pusvadītājā:

kur BET ir pusvadītāja šķērsgriezuma laukums.

Mobilitāte

Strāvas nesēju kustības raksturs pusvadītājā, ja nav lauka un ārēja elektriskā lauka iedarbībā, ir parādīts XXX attēlā. Kā jau minēts, elektronu termiskais ātrums ir aptuveni 10 7 cm/s, un tas ir daudz lielāks nekā elektronu dreifa ātrums.

att. Strāvas nesēju kustības nejaušība pusvadītājā, ja nav un ir ārējs lauks.

Apsveriet nesēju kustību tikai elektriskā lauka iedarbībā. Saskaņā ar Ņūtona likumu:

kur spēks ietver divas sastāvdaļas - elektrostatisko spēku un mīnus spēku, kas izraisa impulsa zudumu izkliedes laikā, dalīts ar laiku starp sadursmēm:

Šo izteiksmju pielīdzināšana un izteiksmes izmantošana Vidējais ātrums, mēs iegūstam:

Apskatīsim tikai stacionāro gadījumu, kad daļiņa jau ir paātrinājusies un sasniegusi savu vidējo nemainīgo ātrumu. Šajā tuvinājumā ātrums ir proporcionāls elektriskā lauka intensitātei. Proporcionalitātes koeficients starp pēdējām vērtībām tiek definēts kā mobilitāte:

Mobilitāte ir apgriezti proporcionāla nesēja masai un tieši proporcionāla vidējam brīvajam ceļam.

Dreifa strāvas blīvumu var uzrakstīt kā mobilitātes funkciju:

Kā jau minēts, pusvadītājos nesēju masa nav vienāda ar elektrona masu vakuumā, m un mobilitātes formulā jāizmanto faktiskā masa, m * :

Strāvas nesēju difūzija pusvadītājos.

Difūzijas strāva

Ja ārējs elektriskais lauks pusvadītājā nav, tad notiek nejauša strāvas nesēju - elektronu un caurumu kustība siltumenerģijas iedarbībā. Šī nejaušā kustība neizraisa nesēju virziena kustību un strāvas veidošanos. Vienmēr tā nesēja vietā, kurš pameta jebkuru vietu, viņa vietā nāks cits. Tādējādi visā pusvadītāja tilpumā tiek uzturēts vienmērīgs nesēja blīvums.

Bet situācija mainās, ja nesēji ir sadalīti nevienmērīgi pa skaļumu, t.i. ir koncentrācijas gradients. Šajā gadījumā koncentrācijas gradienta ietekmē notiek virzīta nesēju kustība - difūzija no reģiona, kurā koncentrācija ir lielāka, uz reģionu ar zemu koncentrāciju. Uzlādētu nesēju virziena kustība difūzijas ietekmē rada difūzijas strāvu. Apsvērsim šo efektu sīkāk.

Mēs iegūstam difūzijas strāvas attiecību. Mēs turpināsim no tā, ka nesēju virziena kustība koncentrācijas gradienta iedarbībā notiek termiskās kustības rezultātā (temperatūrā
pēc Kelvina domām, katrai daļiņas brīvības pakāpei ir sava enerģija
), t.i. difūzijas nav nulles temperatūrā (nesēja novirze ir iespējama arī pie 0K).

Neskatoties uz to, ka nesēju kustības nejaušības raksturs siltuma iedarbībā prasa statistisku pieeju, difūzijas strāvas formulas atvasināšana tiks balstīta uz vidējo vērtību izmantošanu, kas raksturo procesus. Rezultāts ir tāds pats.

Ieviesīsim vidējās vērtības - vidējo termisko ātrumu v th, vidējais laiks starp sadursmēm,  , un vidējais garums brīvais skrējiens, l. Vidējais termiskais ātrums var būt vērsts gan pozitīvā, gan negatīvā virzienā. Šie lielumi ir savstarpēji saistīti ar attiecību

Apsveriet situāciju ar nehomogēnu elektronu sadalījumu n(x) (sk. XXX attēlu).

att. viens Nesēja blīvuma profils, ko izmanto, lai iegūtu strāvas difūzijas izteiksmi

Apsveriet elektronu plūsmu caur plakni ar koordinātu x = 0. Pārvadātāji nāk uz šo plakni kā no koordinātas kreisās puses x = - l, un pa labi no koordinātas puses x = l. Elektronu plūsma no kreisās puses uz labo ir

kur koeficients ½ nozīmē, ka puse elektronu atrodas plaknē ar koordinātu x = - l pārvietojas pa kreisi, bet otra puse virzās pa labi. Tāpat elektronu plūsma cauri x = 0 nāk no labās puses x = + l būs vienāds ar:

Kopējā elektronu plūsma, kas iet caur plakni x = 0 no kreisās puses uz labo būs:

Pieņemot, ka elektronu vidējais brīvais ceļš ir pietiekami mazs, varam pierakstīt elektronu koncentrāciju atšķirību pa labi un pa kreisi no koordinātas x = 0 caur koncentrācijas starpības attiecību pret attālumu starp plaknēm, t.i. izmantojot atvasinājumu:

Elektronu strāvas blīvums būs vienāds ar:

Parasti termiskā ātruma un vidējā brīvā ceļa reizinājumu aizstāj ar vienu faktoru, ko sauc par elektronu difūzijas koeficientu, D n .

Līdzīgas attiecības var uzrakstīt arī cauruma difūzijas strāvai:

Jāatceras tikai, ka caurumu lādiņš ir pozitīvs.

Pastāv saistība starp difūzijas koeficientu un mobilitāti. Lai gan no pirmā acu uzmetiena var šķist, ka šos koeficientus nevajadzētu saistīt, jo nesēju difūzija notiek termiskās kustības dēļ, bet nesēju dreifs ir saistīts ar ārēju elektrisko lauku. Tomēr vienam no galvenajiem parametriem, laikam starp sadursmēm, nevajadzētu būt atkarīgam no cēloņa, kas izraisīja nesēju pārvietošanos.

Mēs izmantojam termiskā ātruma definīciju kā

un termodinamikas secinājumi, ka katrai elektronu kustības brīvības pakāpei ir siltumenerģija kT/2, vienāds ar kinētiku:

No šīm sakarībām var iegūt termiskā ātruma un vidējā brīvā ceļa reizinājumu, kas izteikts nesēja mobilitātes izteiksmē:

Bet mēs jau esam definējuši termiskā ātruma un vidējā brīvā ceļa reizinājumu kā difūzijas koeficientu. Tad pēdējo elektronu un caurumu attiecību var uzrakstīt šādā formā:

Šīs attiecības sauc par Einšteina attiecībām.

Kopējā strāva

Kopējā strāva caur pusvadītāju ir novirzes un difūzijas strāvas summa. Elektronu strāvas blīvumam mēs varam rakstīt:

un līdzīgi caurumiem:

Kopējais strāvas blīvums caur pusvadītāju ir vienāds ar elektronu un cauruma strāvas summu:

Kopējā strāva caur pusvadītāju ir vienāda ar strāvas blīvuma un pusvadītāja laukuma reizinājumu:

Strāvu var uzrakstīt arī šādā formā:

Līdzsvara nosacījums nehomogēni leģētam pusvadītājam

(stāvoklis, kad pusvadītājā nav strāvas)

Pusvadītāji ieņem starpposmu elektrovadītspējā (vai pretestībā) starp vadītājiem un dielektriķiem. Tomēr šis visu vielu sadalījums pēc to elektriskās vadītspējas īpašībām ir nosacīts, jo vairāku iemeslu (piemaisījumu, apstarošanas, sildīšanas) ietekmē daudzu vielu elektrovadītspēja un pretestība ļoti būtiski mainās, īpaši pusvadītājiem.

Šajā sakarā pusvadītājus no metāliem atšķir vairākas pazīmes:

1. Pusvadītāju pretestība normālos apstākļos ir daudz lielāka nekā metāliem;

2. tīru pusvadītāju īpatnējā pretestība samazinās, pieaugot temperatūrai (metāliem tā palielinās);

3. izgaismojot pusvadītājus, to pretestība ievērojami samazinās (gaisma gandrīz neietekmē metālu pretestību):

4. Nenozīmīgs piemaisījumu daudzums spēcīgi ietekmē pusvadītāju pretestību.

Pusvadītāji ietver 12 ķīmiskos elementus periodiskās tabulas vidusdaļā (1. att.) - B, C, Si, P, S, Ge, As, Se, Sn, Sb, Te, I, trešās grupas elementu savienojumus. ar piektās grupas elementiem, daudziem metālu oksīdiem un sulfīdiem, vairākiem citiem ķīmiskie savienojumi, dažas organiskas vielas. Germanium Ge un silicon Si ir vislielākais pielietojums zinātnē un tehnoloģijās.

Pusvadītāji var būt tīri vai leģēti. Attiecīgi tiek izdalīta pusvadītāju iekšējā un piemaisījumu vadītspēja. Savukārt piemaisījumus iedala donoros un akceptoros.

Pašu elektrovadītspēja

Lai izprastu pusvadītāju elektriskās vadīšanas mehānismu, ņemsim vērā pusvadītāju kristālu struktūru un to saišu raksturu, kas satur kristāla atomus blakus viens otram. Germānija un citu pusvadītāju kristāliem ir atomu kristāla režģis (2. att.).

Plakana germānija struktūras diagramma ir parādīta 3. attēlā.

Germānija ir četrvērtīgs elements, atoma ārējā apvalkā ir četri elektroni, kas ir vājāk saistīti ar kodolu nekā pārējie. Katra germānija atoma tuvāko kaimiņu skaits arī ir 4. Katra germānija atoma četri valences elektroni ir savienoti ar tiem pašiem blakus esošo atomu elektroniem ar ķīmisko elektronu pāri ( kovalents) savienojumi. Šīs saites veidošanā no katra atoma piedalās viens valences elektrons, kas atdalās no atomiem (kolektivizē kristāls) un to kustības laikā lielāko daļu laika pavada telpā starp blakus esošajiem atomiem. To negatīvais lādiņš notur pozitīvos germānija jonus tuvu viens otram. Šāda veida savienojumu nosacīti var attēlot ar divām līnijām, kas savieno kodolus (sk. 3. att.).

Bet ceļojošais elektronu pāris pieder vairāk nekā tikai diviem atomiem. Katrs atoms veido četras saites ar saviem kaimiņiem, un dots valences elektrons var pārvietoties pa jebkuru no tiem (4. att.). Sasniedzis blakus esošo atomu, tas var pāriet uz nākamo un tad tālāk pa visu kristālu. Kolektivizētie valences elektroni pieder visam kristālam.

Germānija kovalentās saites ir diezgan spēcīgas un nesadalās zemā temperatūrā. Tāpēc germānija nevada elektrību zemā temperatūrā. Valences elektroni, kas piedalās atomu saitē, ir stingri piesaistīti kristāliskajam režģim, un ārējam elektriskajam laukam nav manāmas ietekmes uz to kustību. Silīcija kristālam ir līdzīga struktūra.

Ķīmiski tīra pusvadītāja elektrovadītspēja ir iespējama, ja kristālos tiek pārtrauktas kovalentās saites un parādās brīvie elektroni.

Tiek saukta papildu enerģija, kas jāiztērē, lai pārrautu kovalento saiti un atbrīvotu elektronu aktivizācijas enerģija.

Elektroni var iegūt šo enerģiju, sildot kristālu, apstarojot to ar augstu frekvenci elektromagnētiskie viļņi utt.

Tiklīdz elektrons, ieguvis nepieciešamo enerģiju, atstāj lokalizēto saiti, uz tā veidojas vakance. Šo vakanci var viegli aizpildīt ar elektronu no blakus esošās saites, uz kura līdz ar to arī veidojas vakance. Tādējādi, pateicoties saišu elektronu kustībai, brīvās vietas pārvietojas pa visu kristālu. Šī vakance uzvedas tieši tāpat kā brīvais elektrons - tas brīvi pārvietojas pa lielāko daļu pusvadītāja. Turklāt, ņemot vērā to, ka gan pusvadītājs kopumā, gan katrs tā atomi ir elektriski neitrāli ar nepārrautām kovalentām saitēm, mēs varam teikt, ka elektrons, kas atstāj saiti un veidojas vakance, faktiski ir līdzvērtīga pārmērīga pozitīva lādiņa parādīšanās. šī saite. Tāpēc iegūto vakanci formāli var uzskatīt par pozitīvu lādiņa nesēju, ko sauc caurums(5. att.).

Tādējādi elektrona aiziešana no lokalizētas saites rada brīvo lādiņu nesēju pāri - elektronu un caurumu. To koncentrācija tīrā pusvadītājā ir vienāda. Plkst telpas temperatūra brīvo nesēju koncentrācija tīros pusvadītājos ir zema, apmēram 10 9 ÷ 10 10 reizes mazāka par atomu koncentrāciju, bet tā strauji palielinās, paaugstinoties temperatūrai.

• Salīdziniet ar metāliem: tur brīvo elektronu koncentrācija ir aptuveni vienāda ar atomu koncentrāciju.

Ja nav ārēja elektriskā lauka, šie brīvie elektroni un caurumi nejauši pārvietojas pusvadītāju kristālā.

Ārējā elektriskajā laukā elektroni pārvietojas virzienā, kas ir pretējs elektriskā lauka intensitātes virzienam. Pozitīvie caurumi pārvietojas elektriskā lauka intensitātes virzienā (6. att.). Elektronu un caurumu kustības process ārējā laukā notiek visā pusvadītāja tilpumā.

Pusvadītāja kopējā elektriskā vadītspēja ir cauruma un elektronu vadītspējas summa. Šajā gadījumā tīros pusvadītājos vadītspējas elektronu skaits vienmēr ir vienāds ar caurumu skaitu. Tāpēc tiek uzskatīts, ka tādi ir tīri pusvadītāji elektronu caurumu vadītspēja, vai pašu vadītspēja.

Paaugstinoties temperatūrai, palielinās kovalento saišu pārtraukumu skaits un palielinās brīvo elektronu un caurumu skaits tīru pusvadītāju kristālos, un līdz ar to palielinās elektrovadītspēja un samazinās tīro pusvadītāju pretestība. Tīra pusvadītāja pretestības atkarības no temperatūras grafiks parādīts att. 7.

Papildus karsēšanai kovalento saišu pārraušanu un līdz ar to pusvadītāju iekšējās vadītspējas parādīšanos un pretestības samazināšanos var izraisīt apgaismojums (pusvadītāja fotovadītspēja), kā arī spēcīgu elektrisko lauku darbība. .

Pusvadītāju piemaisījumu vadītspēja

Pusvadītāju vadītspēja palielinās līdz ar piemaisījumu ieviešanu, kad līdz ar iekšējo vadītspēju rodas papildu piemaisījumu vadītspēja.

piemaisījumu vadītspēja pusvadītājus sauc par vadītspēju, jo pusvadītājā ir piemaisījumi.

Piemaisījumu centri var būt:

1. ķīmisko elementu atomi vai joni, kas iestrādāti pusvadītāju režģī;

2. atomu vai jonu pārpalikums, kas iestrādāts režģa spraugās;

3. dažādi citi defekti un deformācijas kristāla režģī: tukši mezgli, plaisas, nobīdes, kas rodas kristāla deformāciju laikā u.c.

Mainot piemaisījumu koncentrāciju, var būtiski palielināt vienas vai otras zīmes lādiņnesēju skaitu un izveidot pusvadītājus ar dominējošu vai nu negatīvi vai pozitīvi lādētu nesēju koncentrāciju.

Piemaisījumus var iedalīt donoros (ziedojošajos) un akceptoros (saņēmējos).

Donora piemaisījums

• No latīņu valodas "donare" - dot, ziedot.

Apskatīsim pusvadītāja elektrovadītspējas mehānismu ar donoru piecvērtīgu arsēna As piemaisījumu, kas tiek ievadīts kristālā, piemēram, silīcijā. Piecvērtīgais arsēna atoms nodod četrus valences elektronus, veidojot kovalentās saites, un piektais elektrons šajās saitēs nav aizņemts (8. att.).

Arsēna piektā valences elektrona atdalīšanās enerģija (jonizācijas enerģija) silīcijā ir 0,05 eV = 0,08⋅10 -19 J, kas ir 20 reizes mazāka nekā elektrona atslāņošanās enerģija no silīcija atoma. Tāpēc jau istabas temperatūrā gandrīz visi arsēna atomi zaudē vienu no saviem elektroniem un kļūst par pozitīviem joniem. Pozitīvie arsēna joni nevar uztvert blakus esošo atomu elektronus, jo visas četras to saites jau ir aprīkotas ar elektroniem. Šajā gadījumā elektronu vakances - "cauruma" kustība nenotiek un cauruma vadītspēja ir ļoti zema, t.i. praktiski nav.

Donoru piemaisījumi- tie ir piemaisījumi, kas viegli nodod elektronus un līdz ar to palielina brīvo elektronu skaitu. Elektriskā lauka klātbūtnē brīvie elektroni nonāk sakārtotā kustībā pusvadītāju kristālā, un tajā rodas elektronisko piemaisījumu vadītspēja. Rezultātā mēs iegūstam pusvadītāju ar pārsvarā elektronisku vadītspēju, ko sauc par n-veida pusvadītāju. (No latīņu negativus — negatīvs).

Tā kā elektronu skaits n-veida pusvadītājā ir ievērojami vairāk numuru caurumi, elektroni ir lielākā daļa lādiņu nesēju, un caurumi ir mazākie.

Akceptora piemaisījums

• No latīņu valodas "akceptors" - uztvērējs.

Akceptora piemaisījuma, piemēram, trīsvērtīgā indija In gadījumā, piemaisījuma atoms var dot savus trīs elektronus kovalentai saitei tikai ar trim blakus esošajiem silīcija atomiem, un viena elektrona “trūkst” (9. att.). Viens no blakus esošo silīcija atomu elektroniem var aizpildīt šo saiti, tad In atoms kļūs par nekustīgu negatīvu jonu, un elektrona vietā, kas atstāja vienu no silīcija atomiem, izveidosies caurums. Akceptoru piemaisījumi, kas uztver elektronus un tādējādi veido kustīgus caurumus, nepalielina vadītspējas elektronu skaitu. Galvenie lādiņu nesēji pusvadītājā ar akceptora piemaisījumu ir caurumi, bet mazākuma nesēji ir elektroni.

Akceptoru piemaisījumi ir piemaisījumi, kas nodrošina caurumu vadītspēju.

Pusvadītājus, kuros caurumu koncentrācija pārsniedz vadītspējas elektronu koncentrāciju, sauc par p-tipa pusvadītājiem (no latīņu positivus — pozitīvi.).

Jāņem vērā, ka piemaisījumu ievadīšana pusvadītājos, tāpat kā jebkuros metālos, izjauc kristāla režģa struktūru un kavē elektronu kustību. Taču pretestība nepalielinās, jo, palielinot lādiņnesēju koncentrāciju, pretestība ievērojami samazinās. Tādējādi bora piemaisījuma ievadīšana 1 atoma daudzumā uz simts tūkstošiem silīcija atomu samazina īpatnējo elektriskā pretestība silīciju apmēram tūkstoš reižu, un viena indija atoma piejaukums uz 10 8 - 10 9 germānija atomiem samazina germānija elektrisko pretestību miljoniem reižu.

Ja pusvadītājā vienlaikus tiek ievadīti gan donora, gan akceptora piemaisījumi, tad pusvadītāju vadītspējas raksturu (n- vai p-tipa) nosaka piemaisījums ar lielāku lādiņnesēju koncentrāciju.

Elektronu caurumu pāreja

Elektronu caurumu pāreja (saīsināti p-n-pāreja) notiek pusvadītāju kristālā, kura robežās starp šiem reģioniem vienlaikus ir apgabali ar n-tipa (satur donora piemaisījumus) un p-tipa (ar akceptoru piemaisījumiem) vadītspēju.

Pieņemsim, ka mums ir kristāls, kurā kreisajā pusē ir pusvadītāju apgabals ar caurumu (p-veida), bet labajā pusē - ar elektronisko (n-veida) vadītspēju (10. att.). Sakarā ar termisko kustību kontakta veidošanās laikā elektroni no n-veida pusvadītāja izkliedēsies p-tipa reģionā. Šajā gadījumā nekompensēts pozitīvais donora jons paliks n tipa reģionā. Nonācis reģionā ar cauruma vadītspēju, elektrons ļoti ātri rekombinējas ar caurumu, un p-tipa reģionā veidojas nekompensēts akceptorjons.

Tāpat kā elektroni, caurumi no p veida apgabala izkliedējas elektroniskajā reģionā, atstājot cauruma apgabalā nekompensētu negatīvi lādētu akceptora jonu. Nonākot elektroniskajā reģionā, caurums rekombinējas ar elektronu. Tā rezultātā elektroniskajā reģionā veidojas nekompensēts pozitīvais donorjons.

Difūzijas rezultātā uz robežas starp šiem apgabaliem veidojas dubults pretēji lādētu jonu elektriskais slānis, biezums l kas nepārsniedz mikrometra daļas.

Elektriskais lauks rodas starp jonu slāņiem ar stiprumu Ei. Elektronu caurumu savienojuma elektriskais lauks (p-n-pāreja) novērš elektronu un caurumu turpmāku pāreju caur saskarni starp diviem pusvadītājiem. Bloķējošajam slānim ir palielināta pretestība, salīdzinot ar pārējiem pusvadītāju tilpumiem.

Ārējais elektriskais lauks ar intensitāti E ietekmē bloķējošā elektriskā lauka pretestību. Ja n-pusvadītājs ir savienots ar avota negatīvo polu un avota plus ir savienots ar p-pusvadītāju, tad elektriskā lauka iedarbībā elektroni n-pusvadītājā un caurumi p-pusvadītājs virzīsies viens pret otru uz pusvadītāja saskarni (11. att.). Elektroni, šķērsojot robežu, "aizpilda" caurumus. Ar tādu virziens uz priekšuārējais elektriskais lauks, barjeras slāņa biezums un tā pretestība nepārtraukti samazinās. Šajā virzienā elektriskā strāva iet caur p-n krustojumu.

Tiek saukts aplūkotais p-n-pārejas virziens tiešā veidā. Strāvas atkarība no sprieguma, t.i. voltu ampēru raksturlielumi tieša pāreja, parādīts attēlā. 12 kā nepārtraukta līnija.

Ja n-pusvadītājs ir savienots ar avota pozitīvo polu, bet p-pusvadītājs ir savienots ar negatīvo, tad elektriskā lauka iedarbībā pārvietosies elektroni n-pusvadītājā un caurumi p-pusvadītājā. no saskarnes pretējos virzienos (13. att.). Tas noved pie barjeras slāņa sabiezēšanas un tā pretestības palielināšanās. Tiek saukts ārējā elektriskā lauka virziens, kas paplašina barjeras slāni bloķēšana (otrādi). Ar šo ārējā lauka virzienu galveno lādiņnesēju elektriskā strāva neiziet cauri divu p- un p-pusvadītāju kontaktam.

Strāva caur p-n savienojumu tagad ir saistīta ar elektroniem, kas atrodas p-tipa pusvadītājā, un caurumiem no n-veida pusvadītāja. Bet mazākuma lādiņnesēju ir ļoti maz, tāpēc pārejas vadītspēja izrādās nenozīmīga, un tā pretestība ir liela. Tiek saukts aplūkotais p-n-pārejas virziens otrādi, tā strāvas-sprieguma raksturlielums ir parādīts attēlā. 12 pārtraukta līnija.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka pašreizējā mērījumu skala pārejām uz priekšu un atpakaļgaitā atšķiras tūkstoš reižu.

Ņemiet vērā, ka pie noteikta sprieguma, kas tiek pielietots pretējā virzienā, ir saplīst(t.i., iznīcināšana) p-n krustojumam.

Pusvadītāji

Termistori

Pusvadītāju elektriskā pretestība ir ļoti atkarīga no temperatūras. Šo īpašību izmanto, lai mērītu temperatūru pēc strāvas stipruma ķēdē ar pusvadītāju. Šādas ierīces sauc termistori vai termistori. Pusvadītāju vielu ievieto metālā aizsargapvalks, kurā ir izolēti vadi termistora iekļaušanai elektriskā ķēdē.

Termistoru pretestības izmaiņas, kad tie tiek uzkarsēti vai atdzesēti, ļauj tos izmantot temperatūras mērīšanas instrumentos, lai uzturētu nemainīgu temperatūru automātiskās ierīces- slēgtās kamerās-termostatos, lai nodrošinātu ugunsgrēka trauksme utt. Termistori pastāv, lai mērītu gan ļoti augstus ( T≈ 1300 K) un ļoti zems ( T≈ 4 - 80 K) temperatūras.

Termistora shematisks attēlojums (att. a) un fotogrāfija (b att.) parādīti 14. attēlā.

Rīsi. četrpadsmit

Fotorezistori

Pusvadītāju elektrovadītspēja palielinās ne tikai sildot, bet arī apgaismojot. Elektriskā vadītspēja palielinās saišu pārraušanas un brīvo elektronu un caurumu veidošanās dēļ gaismas enerģijas dēļ, kas krīt uz pusvadītāju.

Ierīces, kas ņem vērā pusvadītāju elektriskās vadītspējas atkarību no apgaismojuma sauc fotorezistori.

Materiāli fotorezistoru ražošanai ir tādi savienojumi kā CdS, CdSe, PbS un vairāki citi.

Fotorezistoru mazie izmēri un augstā jutība ļauj tos izmantot vāju gaismas plūsmu ierakstīšanai un mērīšanai. Ar fotorezistoru palīdzību tiek noteikta virsmu kvalitāte, kontrolēti izstrādājumu izmēri utt.

Fotorezistora shematisks attēlojums (att. a) un fotogrāfija (b att.) parādīti 15. attēlā.

Rīsi. piecpadsmit

pusvadītāju diode

P-n krustojuma spēja nodot strāvu vienā virzienā tiek izmantota pusvadītāju ierīcēs, ko sauc diodes.

Pusvadītāju diodes ir izgatavotas no germānija, silīcija, selēna un citām vielām.

Lai novērstu kaitīgo ietekmi gaiss un gaisma, germānija kristāls tiek ievietots hermētikā metāla korpuss. Pusvadītāju diodes ir galvenie taisngriežu elementi maiņstrāva(precīzāk, tos izmanto, lai pārveidotu maiņstrāvu par pulsējošu līdzstrāvu.)

Pusvadītāju diodes shematisks attēlojums (att. a) un fotogrāfija (b att.) parādīti 16. attēlā.

Rīsi. sešpadsmit

Gaismas diodes

Gaismas diode vai gaismas diode- pusvadītāju ierīce ar p-n savienojumu, kas rada optisko starojumu, kad caur to tiek laista elektriskā strāva.

Izstarotā gaisma atrodas šaurā spektra diapazonā, tās spektrālās īpašības cita starpā ir atkarīgas no ķīmiskais sastāvs tajā izmantotie pusvadītāji.

Literatūra

1. Aksenovičs L. A. Fizika in vidusskola: Teorija. Uzdevumi. Pārbaudes: Proc. pabalsts iestādēm, kas nodrošina vispārējo. vide, izglītība / L. A. Aksenoviča, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsia i vykhavanne, 2004. - C. 300-308.
2. Burovs L.I., Streļčenija V.M. Fizika no A līdz Z: studentiem, reflektantiem, pasniedzējiem. - Minska: Paradokss, 2000. - S. 219-228.
3. Mjakiševs G. Ja. Fizika: elektrodinamika. 10 - 11 šūnas: mācību grāmata padziļinātai fizikas izpētei / G.Ya. Mjakiševs, A.Z. Sinjakovs, B.A. Slobodskovs. - M.: Bustard, 2005. - S. 309-320.
4. Yavorsky BM, Seleznev Yu. A. Fizikas rokasgrāmata tiem, kas iestājas universitātēs un pašizglītībā. - M.: Nauka, 1984. - S. 165-169.

Pusvadītāji elektriskajā vadītspējā ieņem starpvietu starp elektriskās strāvas vadītājiem un nevadītājiem. Pusvadītāju grupā ietilpst daudz vairāk vielu nekā vadītāju un nevadītāju grupās kopā. Raksturīgākie pusvadītāju pārstāvji, kas atraduši praktiska izmantošana tehnoloģijā ir germānija, silīcijs, selēns, telūrs, arsēns, vara oksīds un milzīgs skaits sakausējumu un ķīmisku savienojumu. Gandrīz visi neorganiskās vielas pasaule ap mums ir pusvadītāji. Dabā visizplatītākais pusvadītājs ir silīcijs, kas veido aptuveni 30% no zemes garozas.

Kvalitatīva atšķirība starp pusvadītājiem un metāliem izpaužas galvenokārt pretestības atkarībā no temperatūras. Pazeminoties temperatūrai, samazinās metālu pretestība. Pusvadītājos, gluži pretēji, pazeminoties temperatūrai, pretestība palielinās un gandrīz absolūtā nulles līmenī tie praktiski kļūst par izolatoriem.

Pusvadītājos brīvo lādiņnesēju koncentrācija palielinās, palielinoties temperatūrai. Elektriskās strāvas mehānismu pusvadītājos nevar izskaidrot brīvo elektronu gāzes modelī.

Germānija atomu ārējā apvalkā ir četri brīvi saistīti elektroni. Tos sauc par valences elektroniem. Kristāla režģī katru atomu ieskauj četri tuvākie kaimiņi. Saite starp atomiem germānija kristālā ir kovalenta, tas ir, to veic valences elektronu pāri. Katrs valences elektrons pieder diviem atomiem. Valences elektroni germānija kristālā ir daudz spēcīgāk saistīti ar atomiem nekā metālos; tāpēc vadītspējas elektronu koncentrācija istabas temperatūrā pusvadītājos ir par daudzām kārtām mazāka nekā metālos. Netālu no absolūtās nulles temperatūras germānija kristālā visi elektroni ir iesaistīti saišu veidošanā. Šāds kristāls nevada elektrību.

Temperatūrai paaugstinoties, daži valences elektroni var iegūt pietiekami daudz enerģijas, lai pārrautu kovalentās saites. Tad kristālā parādīsies brīvie elektroni (vadīšanas elektroni). Tajā pašā laikā saites pārraušanas vietās veidojas brīvas vietas, kuras neaizņem elektroni. Šīs vakances sauc par "caurumiem".

Pie noteiktas pusvadītāju temperatūras laika vienībā veidojas noteikts skaits elektronu caurumu pāru. Tajā pašā laikā notiek apgrieztais process – brīvam elektronam satiekoties ar caurumu, tiek atjaunota elektroniskā saite starp germānija atomiem. Šo procesu sauc par rekombināciju. Elektronu caurumu pārus var izveidot arī tad, kad pusvadītājs tiek apgaismots elektromagnētiskā starojuma enerģijas dēļ.

Ja pusvadītāju ievieto elektriskajā laukā, tad sakārtotajā kustībā tiek iesaistīti ne tikai brīvie elektroni, bet arī caurumi, kas uzvedas kā pozitīvi lādētas daļiņas. Tāpēc strāva I pusvadītājā ir elektronisko I n un cauruma I p strāvu summa: I = I n + I p.

Vadības elektronu koncentrācija pusvadītājā ir vienāda ar caurumu koncentrāciju: n n = n p . Elektronu caurumu vadītspējas mehānisms izpaužas tikai tīros (t.i., bez piemaisījumiem) pusvadītājos. To sauc par pusvadītāju iekšējo elektrisko vadītspēju.

Piemaisījumu klātbūtnē pusvadītāju elektrovadītspēja stipri mainās. Piemēram, piemaisījumu pievienošana fosfors kristālā silīcijs 0,001 atomprocenta apjomā samazina pretestību par vairāk nekā piecām kārtām.

Pusvadītāju, kurā ir ievadīts piemaisījums (t.i., daļa viena veida atomu tiek aizstāti ar cita tipa atomiem), sauc par to. dopings vai dopings.

Ir divu veidu piemaisījumu vadītspēja, elektronu un caurumu vadītspēja.

Tādējādi, ja dopings četrvērtīgais germānija (Ge) vai silīcijs (Si) piecvērtīgs - fosfors (P), antimons (Sb), arsēns (As) piemaisījuma atoma vietā parādās papildu brīvais elektrons. Šajā gadījumā piemaisījumu sauc donors .

Dopingā četrvērtīgā germānija (Ge) vai silīcija (Si) trīsvērtīgā - alumīnijs (Al), indijs (Jn), bors (B), gallijs (Ga) - ir līnijas caurums. Tādus piemaisījumus sauc akceptētājs .

Tajā pašā pusvadītāju materiāla paraugā vienai sekcijai var būt p-vadītspēja, bet otrai n-vadītspēja. Šādu ierīci sauc par pusvadītāju diode.

Prefikss "di" vārdā "diode" nozīmē "divi", tas norāda, ka ierīcei ir divas galvenās "detaļas", divi pusvadītāju kristāli, kas atrodas cieši blakus viens otram: viens ar p-vadītspēju (šī ir zona R), otrs - ar n - vadītspēju (šī ir zona P). Faktiski pusvadītāju diode ir viens kristāls, kura vienā daļā tiek ievadīts donoru piemaisījums (zona P), citā - akceptorā (zonā R).

Ja no akumulatora tiek pielikts pastāvīgs spriegums uz diodes "plus" uz zonu R un "mīnus" uz zonu P, tad brīvie lādiņi - elektroni un caurumi - metīsies uz robežu, metīsies uz pn krustojumu. Šeit tie viens otru neitralizēs, robežai tuvosies jauni lādiņi, un a D.C.. Tas ir tā sauktais diodes tiešais savienojums - pa to intensīvi pārvietojas lādiņi, ķēdē plūst salīdzinoši liela uz priekšu vērsta strāva.

Tagad mēs mainīsim diodes sprieguma polaritāti, mēs veiksim, kā saka, tā apgriezto iekļaušanu - savienosim akumulatora “plusu” ar zonu P,"mīnuss" - uz zonu R. Brīvie lādiņi tiks novilkti prom no robežas, elektroni aizies uz "plusu", caurumi - uz "mīnusu" un rezultātā pn - pāreja pārvērtīsies par zonu bez brīviem lādiņiem, par tīru izolatoru. Tas nozīmē, ka ķēde pārtrūks, strāva tajā apstāsies.

Ne liela apgrieztā strāva caur diodi joprojām iet. Jo papildus galvenajiem brīvajiem lādiņiem (lādiņa nesējiem) - elektroniem, zonā P, un caurumi p zonā - katrā no zonām ir arī niecīgs daudzums pretējās zīmes lādiņu. Tie ir viņu pašu mazākuma lādiņu nesēji, tie pastāv jebkurā pusvadītājā, parādās tajā atomu termiskās kustības dēļ, un tieši tie rada pretējo strāvu caur diodi. Šo lādiņu ir salīdzinoši maz, un reversā strāva ir daudzkārt mazāka par tiešo. Apgrieztās strāvas lielums ir ļoti atkarīgs no: temperatūras vide, pusvadītāju materiāls un laukums pn pāreja. Palielinoties pārejas laukumam, palielinās tā apjoms un līdz ar to mazākuma nesēju skaits, kas parādās termiskās ģenerācijas un siltuma strāvas pieauguma rezultātā. Bieži vien CVC skaidrības labad tiek parādīts grafiku veidā.

Daudzi pusvadītāji ir ķīmiskie elementi(germānija, silīcijs, selēns, telūrs, arsēns utt.), Milzīgs skaits sakausējumu un ķīmisko savienojumu. Gandrīz visas apkārtējās pasaules neorganiskās vielas ir pusvadītāji. Dabā visizplatītākais pusvadītājs ir silīcijs, kas veido aptuveni 30% no zemes garozas.

Pusvadītāju un metālu kvalitatīvā atšķirība izpaužas pretestības atkarība no temperatūras(9.3. att.)

Pusvadītāju elektronu caurumu vadītspējas joslas modelis

Izglītībā cietvielas iespējama situācija, kad enerģijas josla, kas radusies no sākotnējo atomu valences elektronu enerģijas līmeņiem, izrādās pilnībā piepildīta ar elektroniem, un tuvākie ir pieejami piepildīšanai ar elektroniem enerģijas līmeņi atdalīts no valences josla E V neatrisināto enerģijas stāvokļu intervāls - t.s aizliegtā zona Piemēram,.Virs joslas spraugas atrodas elektroniem atļauto enerģijas stāvokļu zona - vadīšanas josla E c .

Vadīšanas josla pie 0 K ir pilnīgi brīva, savukārt valences josla ir pilnībā aizņemta. Līdzīgas joslu struktūras ir raksturīgas silīcijam, germānijam, gallija arsenīdam (GaAs), indija fosfīdam (InP) un daudzām citām pusvadītāju cietvielām.

Paaugstinoties pusvadītāju un dielektriķu temperatūrai, elektroni spēj saņemt papildu enerģiju, kas saistīta ar termisko kustību. kT. Dažiem elektroniem pārejai pietiek ar termiskās kustības enerģiju no valences joslas uz vadīšanas joslu, kur elektroni ārēja elektriskā lauka iedarbībā var pārvietoties gandrīz brīvi.

Šajā gadījumā, ķēdē ar pusvadītāju materiālu, paaugstinoties pusvadītāja temperatūrai, palielināsies elektriskā strāva.Šī strāva ir saistīta ne tikai ar elektronu kustību vadīšanas joslā, bet arī ar izskatu vakances no elektroniem, kas nonākuši vadīšanas joslā valences joslā, t.s caurumiem . Brīvu vietu var ieņemt valences elektrons no kaimiņu pāra, tad caurums pārvietosies uz jaunu vietu kristālā.

Ja pusvadītāju ievieto elektriskajā laukā, tad sakārtotajā kustībā tiek iesaistīti ne tikai brīvie elektroni, bet arī caurumi, kas uzvedas kā pozitīvi lādētas daļiņas. Tāpēc pašreizējā es pusvadītājā sastāv no elektroniskas Es n un caurums Ip straumes: es= Es n+ Ip.

Elektronu caurumu vadītspējas mehānisms izpaužas tikai tīros (t.i., bez piemaisījumiem) pusvadītājos. Tas tiek saukts pašu elektrovadītspēja pusvadītāji. Elektroni tiek iemesti vadītspējas joslā ar Fermi līmenis, kas izrādās atrodas savā pusvadītājā aizliegtās zonas vidū(9.4. att.).

Ir iespējams būtiski mainīt pusvadītāju vadītspēju, ievadot tajos ļoti mazus piemaisījumus. Metālos piemaisījums vienmēr samazina vadītspēju. Tādējādi 3% fosfora atomu pievienošana tīram silīcijam palielina kristāla elektrisko vadītspēju 105 reizes.

Neliela dopanta pievienošana pusvadītājam sauc par dopingu.

Nepieciešams nosacījums Straujš pusvadītāja pretestības samazinājums, ievadot piemaisījumus, ir piemaisījumu atomu valences atšķirība no kristāla galveno atomu valences. Par pusvadītāju vadītspēju piemaisījumu klātbūtnē sauc piemaisījumu vadītspēja .

Atšķirt divu veidu piemaisījumu vadītspēja – elektroniski un caurums vadītspēja. Elektroniskā vadītspēja rodas, ja germānija kristālā ar četrvērtīgiem atomiem tiek ievadīti piecvērtīgie atomi (piemēram, arsēns, As) (9.5. att.).

Četri arsēna atoma valences elektroni ir iesaistīti kovalento saišu veidošanā ar četriem blakus esošajiem germānija atomiem. Piektais valences elektrons izrādījās lieks. Tas viegli atdalās no arsēna atoma un kļūst brīvs. Atoms, kas zaudējis elektronu, pārvēršas pozitīvā jonā, kas atrodas kristāla režģa vietā.

Atomu piejaukumu, kura valence ir lielāka par pusvadītāju kristāla galveno atomu valenci, sauc. donoru piemaisījums . Tā ievadīšanas rezultātā kristālā parādās ievērojams skaits brīvo elektronu. Tas noved pie krasas pusvadītāja pretestības samazināšanās - tūkstošiem un pat miljoniem reižu.

Vadītāja pretestība ar lielisks saturs piemaisījumi var pietuvoties metāla vadītāja pretestībai. Šādu vadītspēju brīvo elektronu dēļ sauc par elektronisku, bet pusvadītāju ar elektronisku vadītspēju sauc par n-veida pusvadītājs.

caurumu vadītspēja rodas, ja germānija kristālā tiek ievadīti trīsvērtīgie atomi, piemēram, indija atomi (9.5. att.)

6. attēlā parādīts indija atoms, kas, izmantojot tā valences elektronus, ir izveidojis kovalentās saites tikai ar trim blakus esošiem germānija atomiem. Indija atomam nav elektronu, lai izveidotu saiti ar ceturto germānija atomu. Šo trūkstošo elektronu var uztvert indija atoms no blakus esošo germānija atomu kovalentās saites. Šajā gadījumā indija atoms pārvēršas par negatīvu jonu, kas atrodas kristāla režģa vietā, un blakus esošo atomu kovalentajā saitē veidojas vakance.

To sauc par atomu piejaukumu, kas spēj uztvert elektronus akceptora piemaisījums . Akceptora piemaisījuma ievadīšanas rezultātā kristālā tiek pārtrauktas daudzas kovalentās saites un veidojas brīvas vietas (caurumi). Elektroni var pārlēkt uz šīm vietām no blakus esošajām kovalentajām saitēm, kas izraisa nejaušu caurumu klejošanu ap kristālu.

Caurumu koncentrācija pusvadītājā ar akceptora piemaisījumu ievērojami pārsniedz elektronu koncentrāciju, kas radusies pusvadītāja iekšējās elektriskās vadītspējas mehānisma dēļ: np>> n n. Šo vadīšanas veidu sauc caurumu vadītspēja . Tiek saukts piemaisījumu pusvadītājs ar caurumu vadītspēju p-veida pusvadītājs . Galvenie brīvā lādiņa nesēji pusvadītājos lpp-tipa ir caurumi.

Elektronu caurumu pāreja. Diodes un tranzistori

Mūsdienu elektroniskajās tehnoloģijās pusvadītāju ierīcēm ir izņēmuma loma. Pēdējo trīs gadu desmitu laikā tie ir gandrīz pilnībā aizstājuši elektrovakuuma ierīces.

Jebkurai pusvadītāju ierīcei ir viens vai vairāki elektronu caurumu savienojumi. . Elektronu caurumu pāreja (vai n–lpp-pāreja) - ir divu pusvadītāju saskares laukums ar dažādi veidi vadītspēja.

Uz pusvadītāju robežas (9.7. att.) veidojas dubults elektriskais slānis, kura elektriskais lauks novērš elektronu un caurumu difūzijas procesu vienam pret otru.

Spēja n–lpp-pāreju pārvadīt strāvu gandrīz tikai vienā virzienā izmanto ierīcēs, ko sauc pusvadītāju diodes. Pusvadītāju diodes ir izgatavotas no silīcija vai germānija kristāliem. To izgatavošanas laikā piemaisījums tiek izkausēts kristālā ar noteikta veida vadītspēju, kas nodrošina cita veida vadītspēju.

9.8. attēlā parādīts tipisks silīcija diodes volt-ampērs.

Tiek sauktas pusvadītāju ierīces, kurām ir nevis viens, bet divi n-p savienojumi tranzistori . Tranzistori ir divu veidu: lpp–n–lpp-tranzistori un n–lpp–n- tranzistori. tranzistorā n–lpp–n-tipa pamata germānija plāksne ir vadoša lpp-tipa, un divi uz tā izveidotie apgabali - pēc vadītspējas n-tips (9.9. Attēls).

tranzistorā p–n–p- tas ir gluži otrādi. Tranzistora plāksni sauc bāze(B), viens no reģioniem ar pretēju vadītspējas veidu - kolekcionārs(K), un otrais - emitētājs(E).