Напівпровідники - це речовини, в яких електричний струм утворюється рухом електронів, а величина питомого опору знаходиться в межах між провідниками і діелектриками. Напівпровідниками є хімічні елементи IV, У і VI груп періодичної системи Менделєєва Д. І. - графіт, кремній, германій, селен та інші, а також багато окисли та інші сполуки різних металів. Кількість рухомих носіїв зарядів у напівпровідниках у звичайних умовах невелика, проте воно зростає в сотні і тисячі разів при деяких зовнішніх впливах (нагрівання, дія світла тощо), а також при наявності в П. певних домішок.
Напівпровідники поділяються на електронні (типу n) і діркові (типу p). В П. типу і в якості носіїв зарядів розглядаються електрони, які при утворенні струму переміщаються по всьому П. подібно вільним електронам в металах. В П. типу p в якості носіїв зарядів розглядаються так звані дірки (під дірками розуміється вільне місце біля атома, яке може бути включена стороннім йому електроном). Дірки вважаються еквівалентом позитивного заряду, рівного електрону. При утворенні струму в П. типу p електрони здійснюють тільки спрямовані перескакування між сусідніми атомами; при перескоке електрона з однієї дірки в іншу дірка переміщається в протилежному напрямку, що і розглядається як освіта струму.
Основні області застосування напівпровідників. Напівпровідники, опір яких при нагріванні внаслідок звільнення носіїв зарядів значно знижується, що застосовуються в якості электротермометров, або термісторів; порівняно з ртутними термометрами вони відрізняються значно більш високою чутливістю і відсутністю теплової інерції. Термістор (рис. 1, а) зазвичай має форму кульки 1, в який закладені висновки 2 з тонкого дроту. Термістор оточений тонкою пластмасовою ізоляцією 3 і укріплений на кінці вимірювальної ручки 1 (рис. 1,6). Дроти від термістора включаються в одне плече вимірювальної схеми (місток Уїтстона), в інше плече якої включений мікроамперметр 2 (рис. 1, б). Шкала приладу градуюється в градусах Цельсія. В одному корпусі з пристроєм містяться сухі елементи та інші деталі вимірювальної схеми. Завдяки малій величині термістор може застосовуватися для вимірювання шкірної,
порожнинний і навіть внутрішньотканинний температури; в останньому випадку він закладається всередину голки, яка вколюється в тканину.
Якщо нагрівати один кінець стержня з напівпровідника, то звільняються в ньому носії зарядів з високою кінетичною енергією (електрони або дірки) будуть дифундувати до іншого кінця стрижня, утворюючи на ньому надлишок заряду відповідного знака. Між гарячим і холодним кінцями П. утворюється різниця потенціалів, прямо пропорційна різниці температур цих кінців. Зазвичай складають пару з електронного і діркового П. При нагріванні їх спаю між холодними кінцями утворюється термоелектрорушійна сила, рівна сумі різниць потенціалів, що утворюється в кожному з напівпровідників. Вона в сотні разів перевищує термоэлектродвижущую силу металевих термопар.
Термоелектричні явища оборотні: якщо через спай електронного і діркового П. пропускати в певному напрямку струм від стороннього джерела, то спай буде охолоджуватися по відношенню до температури вільних кінців П. Це явище використовується при влаштуванні холодильних елементів. На рис. 2 показаний напівпровідниковий лабораторний холодильник. Холодильні елементи розташовані у формі кільця, спаями всередину. У це кільце вставляється посудину з охолоджувальної рідиною. Протилежні кінці елементів забезпечені радіаторами, за допомогою яких у них підтримується температура навколишнього середовища. Постійний струм від акумулятора підводиться до клем.
При тісному контакті напівпровідника з електронною і дірковою провідністю (такий контакт називається електронно-дірковим переходом) відбувається дифузія електронів з електронного П. в дірковий і дірок з діркового П. в електронний. При цьому в прилеглих до контакту шарах П. кількість основних носіїв зарядів зменшується, і електропровідність їх знижується. Якщо до електронно-дырочному переходу прикладена зовнішня різниця потенціалів, що викликає рух основних носіїв зарядів у напівпровіднику назустріч один одному, то прикордонні шари збагачуються ними, електропровідність їх підвищується і струм в цьому напрямку утворюється безперешкодно. Якщо зовнішня різниця потенціалів викликає рух основних носіїв зарядів в П. в протилежні сторони від контакту, то електропровідність прикордонних шарів знижується до мінімуму. Струм в цьому напрямку не утворюється. У зв'язку з цим електронно-дірковий перехід називається замикаючим шаром» і застосовується для випрямлення змінного струму. Купроксные або селенові випрямні елементи складаються з опорної шайби з шаром П., в якому утворений замикаючий шар. Необхідне (в залежності від величини выпрямляемого напруги) число елементів збирається на стержні у формі стовпчика (рис.3). Площа елементів поєднується з силою выпрямляемого струму.
Фотоелементи - напівпровідникові прилади, у яких під дією світла утворюється самостійна різниця потенціалів. Селеновий фотоелемент (рис. 4) складається з шару П., розташованого між двома електродами: опорним 1 і другим 3 у вигляді тонкого прозорого для світла шару металу. Всередині П. утворений замикаючий шар 2.
При дії світла в напівпровідниках відбувається звільнення електронів і дірок, які прагнуть розподілитися по всьому П. Однак через замикаючий шар можуть проходити заряди тільки одного якогось знака. В результаті в напівпровіднику відбувається розділення зарядів і між прилеглими до нього електродами утворюється різниця потенціалів. Крива спектральної чутливості селенового фотоелемента близька до аналогічної кривої очі. У зв'язку з цим він широко застосовується в приладах для об'єктивної фотометрії (люксметрах) та колориметрії (фотоколориметрах).
Електронно-дірковий перехід використовується також при влаштуванні кристалічних діодів та тріодів - приладів, аналогічних за властивостями електронним лампам і в багатьох випадках застосовуються замість них.
Рис. 1. Схема пристрою термістора.
Рис. 2. Напівпровідниковий лабораторний холодильник.
Рис. 3. Купроксный випрямний елемент.
Рис. 4. Схема пристрою фотоелемента.
