ПОЛУПРОВОДНИКИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ ПОЛЕ

ВВОДНЫЕ ЗАМЕЧАНИЯ

К полупроводникам относят широкий класс веществ, у которых удельное электрическое сопротивление р при комнатной температуре находится в пределах от 10_3—10-2 до 108—Ю10 Омсм (в полупроводниковой технике принято измерять удельное сопротивление материала объемом 1 см3, поэтому размерность получается 1 Ом см2: : см = 1 Ом см). Удельное сопротивление полупроводников больше сопротивления проводников (10-6—10-4 Ом см) и меньше сопротивления диэлектриков (1018—1024 Омсм).

Обычно к полупроводникам в узком смысле относят материалы, полупроводниковые свойства которых четко выражены при комнатной температуре (300 К). Это в первую очередь наиболее изученные элементы 4-й группы таблицы Менделеева (германий Ge и кремний Si), являющиеся основой современных аналоговых и дискретных микросхем. Вторая группа — соединения элементов 3-й группы (алюминий А1, галлий Ga, индий In) и 5-й группы (фосфор Р, мышьяк As, сурьма Sb).

Общее требование к используемым полупроводникам — чтобы в кристаллической решетке чистого материала на один атом приходилось в среднем четыре валентных электрона. Этому требованию могут отвечать не только элементы таблицы Менделеева, но и их соединения, например соединения 2-й и 6-й групп (ZnTe, ZnSe и др.).

Кроме того, много полупроводников среди соединений 6-й группы (кислород О, сера S, селен Se, теллур Те) с элементами 1-й — 5-й групп.

Особенностью всех полупроводников, отличающих их от проводников, является уменьшение их омического сопротивления с ростом температуры, причем зависимость эта от температуры в 10 раз сильнее, чем у проводников. Понятно, что полупроводники могут быть основой для создания ИП температуры; такие преобразователи выпускаются серийно, называются они термисторами (у них с ростом температуры сопротивление понижается) и позисторами (у них с ростом температуры сопротивление растет).

Незначительные примеси, вносимые в чистые полупроводники, существенно изменяют их свойства, делают их чувствительными к свету, магнитным полям, заряженным элементарным частицам.

Мы ограничимся рассмотрением только одного из многих типов полупроводниковых ИП — селективных преобразователей состава газовых смесей (сенсоров состава газов). Выбор определяется несколькими обстоятельствами.

С одной стороны, подобным преобразователям нет аналогов по чувствительности, быстродействию, механической устойчивости, габаритно-весовым характеристикам. С другой стороны, оперативный анализ состава газовых смесей при малых концентрациях отдельных компонентов является крайне актуальной задачей в экологии, ракетной технике, электроэнергетике, микроэлектронной промышленности и т.д.

По указанным причинам во многих странах (включая Россию) весьма интенсивно ведутся работы по углублению теории подобных ИП, разработке новых образцов и их исследованию.

Селективный (т.е. чувствительный только к одному компоненту газовой смеси) ИП представляет собой полупроводниковую пленку, на поверхности которой оседают (сорбируются) молекулы одного из компонентов газовой смеси. В зависимости от концентрации измеряемого компонента, например кислорода в азоте или водороде, изменяются электрические параметры пленки; чаще всего выходным параметром является ее омическое сопротивление.

Для понимания общих принципов работы селективных преобразователей необходимо ознакомиться предварительно со свойствами собственно полупроводников и процессами сорбции.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >