Полупроводники — класс веществ, занимающих промежуточное положение между веществами, отлично проводящими электрический ток (проводники, по большей части металлы), и веществами, фактически не проводящими электрического тока (изоляторы либо диэлектрики).
Для полупроводников характерна сильная зависимость их характеристик и свойств от микроскопических количеств содержащихся в них примесей. Изменяя количество примеси в полупроводнике от десятимиллионных долей процента до 0,1 — 1%, возможно поменять их проводимость в миллионы раз. Второе наиболее значимое свойство полупроводников пребывает в том, что электрический ток переносится в них не только отрицательными зарядами — электронами, но и равными им по величине хорошими зарядами — дырками.
В случае, если разглядывать идеализированный полупроводниковый кристалл, полностью вольный от каких-нибудь примесей, то его свойство проводить электрический ток будет определяться так называемой собственной электропроводностью.
Атомы в кристалле полупроводника связаны между собой посредством электронов внешней электронной оболочки. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия распределяется между электронами, образующими связи, неравномерно. Отдельные электроны смогут приобретать количество тепловой энергии, достаточное чтобы «оторваться» от собственного атома и получить возможность вольно перемещаться в кристалле, т. е. стать потенциальными носителями тока (по-второму возможно заявить, что они переходят в зону проводимости). Таковой уход электрона нарушает электрическую нейтральность атома, у него появляется хороший заряд, равный по величине заряду ушедшего электрона. Это свободное место именуют дыркой.
Так как свободное место возможно занято электроном соседней связи, дырка кроме этого может перемещаться в кристалла и являться уже хорошим носителем тока. Конечно, что дырки и электроны при этих условиях появляются в равных количествах, и электропроводность для того чтобы совершенного кристалла будет в равной степени определяться как хорошими, так и отрицательными зарядами.
В случае, если на место атома главного полупроводника поместить атом примеси, во внешней электронной оболочке которого содержится на один электрон больше, чем у атома главного полупроводника, то таковой электрон окажется как бы лишним, ненужным для образования межатомных связей в кристалле и слабо связанным со своим атомом. Достаточно в десятки раз меньше энергии, дабы оторвать его от собственного атома и перевоплотить в вольный электрон. Такие примеси именуют донорными, т. е. отдающими «лишний» электрон. Атом примеси заряжается, очевидно, положительно, но дырки наряду с этим не появляется, поскольку дыркой возможно лишь вакансия электрона в незаполненной межатомной связи, а в этом случае все связи заполнены. Данный хороший заряд остается связанным со своим атомом, неподвижным и, следовательно, в ходе электропроводности участия принимать не имеет возможности.
Введение в полупроводник примесей, внешняя электронная оболочка которых содержит меньшее количество электронов, чем в атомах главного вещества, ведет к появлению незаполненных связей, т. е. дырок. Как было сообщено выше, эта вакансия возможно занята электроном из соседней связи, и дырка приобретает возможность свободного перемещения по кристаллу. Иными словами, перемещение дырки — это последовательный переход электронов из одной соседней связи в другую. Такие примеси, «принимающие» электрон, именуют акцепторными.
С повышением количества примесей того либо иного типа электропроводность кристалла начинает покупать все более четко выраженный электронный либо дырочный темперамент. В соответствии с первыми буквами латинских слов negativus и positivus электронную электропроводность именуют электропроводностью n-типа, а дырочную — p-типа, отмечая этим, какой тип подвижных носителей заряда для данного полупроводника есть главным, а какой — неосновным.
При электропроводности, обусловленной наличием примесей (т. е. примесной), в кристалле так же, как и прежде остается 2 типа носителей: главные, появляющиеся в большинстве случаев за счет введения в полупроводник примесей, и неосновные, обязанные своим возникновением тепловому возбуждению. Содержание в 1 см3 (концентрация) электронов n и дырок р для данного полупроводника при данной температуре имеется величина постоянная: n-р=const. Это значит, что, увеличивая за счет введения примесей многократно концентрацию носителей данного типа, мы во столько же раз уменьшаем концентрацию носителей другого типа.
Следующее серьёзное свойство полупроводников — их сильная чувствительность к облучению и температуре. С ростом температуры увеличивается средняя энергия колебания атомов в кристалле, и все большее количество связей будет подвергаться разрыву. Будут оказаться все новые и новые пары дырок и электронов. При высоких температурах личная (тепловая) проводимость может сравняться с примесной либо кроме того существенно превзойти ее. Чем выше концентрация примесей, тем при более больших температурах будет наступать данный эффект.
Разрыв связей может осуществляться кроме этого за счет облучения полупроводника, к примеру, светом, в случае, если энергия световых квантов достаточна для разрыва связей. Энергия разрыва связей у различных полупроводников разна, исходя из этого они по-различному реагируют на те либо иные участки спектра облучения.
В качестве главных полупроводниковых материалов применяют германия и кристаллы кремния, а в роли примесей — бор, фосфор, индий, мышьяк, сурьму и многие другие элементы, информирующие полупроводникам нужные особенности. Получение полупроводниковых кристаллов с заданным содержанием примесей — сложнейший технологический процесс, проводимый в очень чистых условиях с применением оборудования сложности и высокой точности.
Все перечисленные наиболее значимые особенности полупроводников употребляются для самых разных по собственному областям и назначению применения полупроводниковых устройств. В технике активно применяются диоды, транзисторы, тиристоры и многие другие полупроводниковые устройства. Использование полупроводников началось недавно, а сейчас уже тяжело перечислить все их «профессии». Они преобразуют световую и тепловую энергию в электрическую и, напротив, посредством электричества создают холод и теплоту (см. Гелиоэнергетика). Полупроводниковые устройства возможно встретить в простом радиоприемнике и в квантовом генераторе — лазере, в маленькой ядерной батарее и в миниатюрных блоках электронной счётной автомобили. Инженеры не смогут сейчас обходиться без полупроводниковых выпрямителей, усилителей и переключателей. Замена ламповой аппаратуры полупроводниковой разрешила в десятки раз уменьшить габариты и массу электронных устройств, снизить потребляемую ими мощность и быстро расширить надежность.
Об этом возможно прочесть в статье Микроэлектроника.