Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 39 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

пературе, другой помещают в ту среду, температуру которой хотят измерить. Предварительно термопару градуируют. С
помощью термопар можно измерять с точностью порядка сотых долей градуса как низкие, так и высокие температуры.
Явление Пельтье. Это явление, открытое Пельтье в 1834 г., заключается в том, что при протекании тока через цепь,
составленную из разнородных металлов или полупроводников, в одних спаях происходит выделение, а в других – погло-
щение тепла. Таким образом, явление Пельтье оказывается обратным явлению Зеебека. Явление Пельтье используется
для создания холодильных установок.
Явление Томсона. В 1856 г. У. Томсон предсказал на основе термодинамических соображений, что тепло, аналогич-
ное теплу Пельтье, должно выделяться (поглощаться) при прохождении тока по однородному проводнику, вдоль которо-
го имеется градиент температуры. Этот эффект был впоследствии обнаружен экспериментально и получил название
яв-
ления Томсона
. Количество тепла, выделяющееся в единицу времени в элементе проводника длины dl , при силе тока
I
и
градиенте температуры
dldT / , равно
dl
dl
dT
IdQ τ=
, (5.18)
где
τ
– коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом Томсона.
5.7. ПОЛУПРОВОДНИКИ, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ
ДИОДЫ И ТРИОДЫ
К полупроводникам относятся кристаллические вещества, у которых валентная зона полностью заполнена электро-
нами, а ширина запрещённой зоны невелика (не более 1 эВ). Полупроводники по величине электропроводности занимают
промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Для них характерен рост проводимости с повышением
температуры (у металлов она уменьшается).
Различают
собственные и примесные полупроводники. К числу собственных относятся химически чистые полупро-
водники. Электрические свойства примесных полупроводников определяются имеющимися в них искусственно вводи-
мыми примесями.
При рассмотрении электрических свойств полупроводников большую роль играет понятие «дырок».
В собственном полупроводнике при абсолютном нуле все уровни валентной зоны полностью заполнены электрона-
ми, а в зоне проводимости электроны отсутствуют (рис. 5.13,
а). Электрическое поле не может перебросить электроны из
валентной зоны в зону проводимости. Поэтому собственные полупроводники ведут себя при абсолютном нуле как ди-
электрики. При температурах, отличных от 0 К, часть электронов с верхних уровней валентной зоны переходит в резуль-
тате теплового возбуждения на нижние уровни зоны проводимости (рис. 5.13,
б).
Рис. 5.13
В этих условиях электрическое поле получает возможность изменять состояние электронов, находящихся в зоне
проводимости. Кроме того, вследствие образования вакантных уровней в валентной зоне (появление «дырок») электроны
этой зоны также могут изменять свою скорость под воздействием внешнего поля. В результате электропроводность по-
лупроводника становится отличной от нуля. Появление дырок в валентной зоне представляется как движение положи-
тельно заряженных квазичастиц.
Количество электронов, перешедших в зону проводимости, и количество образовавшихся дырок определяется веро-
ятностью переходов
kTE
eEf
2/
)(
∆−
≈ . (5.19)
Эти электроны и дырки являются носителями тока. Электропроводность собственных полупроводников быстро рас-
тёт с температурой, изменяясь по закону
kTE
e
/
0
∆−
σ=σ , (5.20)
где
E
∆ – ширина запрещённой зоны,
0
σ – константа.
Примесная проводимость возникает, если некоторые атомы данного полупроводника (например, германия) заме-
нить в узлах кристаллической решётки атомами, валентность которых отличается на единицу от валентности основных
атомов (например, пятивалентными атомами фосфора). В таких полупроводниках носителями тока будут только электро-
а)
Зона
проводи-
мости
Запре-
щённая
зона
Валентная
зона
∆
E∆E
б)

Страницы