Учебно-методический комплекс по дисциплине «электротехнические материалы»

Фотоэлектрический эффект. При облучении полупроводников светом в них можно возбудить проводимость. Фототок с энергией h большей или равной ширине запрещенной зоны Wo переводит электроны из валентной зоны в зону проводимости. Образующаяся при этом пара электрон-дырка является свободной и участвует в создании проводимости. На рисунке показана схема образования фотоносителей в собственном , донорном и акцепторном полупроводниках. Таким образом, если h < Wo - для собственных полупроводников, h < Wп - для примесных полупроводников, то появляются добавочные носители тока и проводимость повышается. Эта добавочная проводимость называется фотопроводимостью. Основная проводимость, обусловленная тепловым возбуждением носителей тока называется темновой проводимостью. Из приведенных формул можно определить минимальную частоту о или максимальную длину волны 0, при которой свет возбуждает фотопроводимость
λ₀= ch/ΔW₀ и λ₀= ch/ΔW_п
Наиболее чувствительные фотосопротивления изготовляются из сернистого кадмия (CdS) и сернистого свинца (PbS). Используются и другие полупроводниковые материалы. Единственным материалом для интегральных датчиков является кремний.
Полупроводники используются в том числе и в оптоэлектронных устройствах светодиодах, лазерах, фотодетекторах (датчиках), солнечных батареях, фильтрах.


Термо-ЭДС в полупроводниках, как и в металлах возникает под действием разности температуры. Основой преобразователей тепловой энергии в электрическую являются термоэлементы, составленные из последовательно включенных полупроводников p и n-типов. Большая термо-ЭДС полупроводников позволяет использовать их в качестве эффективных преобразователей тепловой энергии в электрическую.
Простые полупроводники
Германий. Один из наиболее хорошо изученных полупроводников. Упрощенная технологическая схема производства германия показана ниже
Германий содержащая руда концентрированная HCl

тетрахлорид германия глубокая очистка
(экстракция и ректификация)
очищенный GeCl4 гидролиз водой



дихлорид германия GeO2 просушка



GeO2 восстановление в токе Н2 при 650 оС



Ge металлическое травление в смеси кислот



сплавление в слитки очистка зонной плавкой

выращивание монокристаллов по

Чохральскому

При зонной очистке вдоль горизонтально расположенного образца создается 4-5 узких расплавленных зон, перемещающихся вдоль слитка. Примеси оттесняются к концу слитка. Процесс повторяют много раз. Монокристаллы германия можно создавать диаметром до 300-500мм. Германий применяется для изготовления диодов различных типов, транзисторов, датчиков Холла, тензодатчиков, детекторов ядерных излучений и в ИК-оптике. Рабочий диапазон германиевых приборов от -60 до +70оС. Кремний полупроводниковой чистоты получается по следующей примерной технологической схеме: