Номер 1, страница 235 - гдз по физике 10 класс учебник Громыко, Зенькович

1. Каково строение полупроводников (на примере кристалла германия)?

Полупроводники занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками по своей способности проводить электрический ток. Строение полупроводников рассмотрим на примере кристалла германия ($Ge$).

Германий — химический элемент IV группы периодической системы Менделеева. Это означает, что на внешней электронной оболочке атома германия находится четыре валентных электрона. В кристалле каждый атом германия окружен четырьмя ближайшими соседними атомами.

Ключевой особенностью строения кристалла германия является образование ковалентных связей. Каждый атом германия делится своими четырьмя валентными электронами с четырьмя соседними атомами, образуя с каждым из них парноэлектронную (ковалентную) связь. В свою очередь, каждый из этих соседей также образует связи с другими атомами. В результате все атомы в кристалле оказываются прочно связанными в единую структуру — кристаллическую решетку (у германия она такая же, как у алмаза — кубическая).

При абсолютном нуле температуры ($T=0 K$) все валентные электроны задействованы в образовании ковалентных связей. Свободных носителей заряда нет, и поэтому чистый (собственный) полупроводник ведет себя как диэлектрик. Электроны находятся в так называемой валентной зоне.

При повышении температуры (например, до комнатной) тепловая энергия, передаваемая кристаллической решетке, может оказаться достаточной для разрыва некоторых ковалентных связей. Когда электрон получает достаточно энергии, он покидает свою связь и становится свободным, переходя в зону проводимости. Он может свободно перемещаться по кристаллу, создавая электрический ток под действием внешнего электрического поля.

На месте разорванной связи, откуда ушел электрон, образуется вакантное место с недостающим отрицательным зарядом. Это место ведет себя как положительный заряд и называется дыркой. На место этой дырки может переместиться электрон из соседней ковалентной связи, в результате чего дырка переместится на новое место. Таким образом, дырки также могут упорядоченно двигаться в кристалле, создавая так называемую дырочную проводимость.

Этот процесс образования пары "свободный электрон — дырка" называется генерацией носителей заряда. Таким образом, в отличие от металлов, где носителями тока являются только электроны, в полупроводниках существуют два типа носителей заряда: отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные дырки.

Ответ: Строение полупроводника, на примере кристалла германия, представляет собой кристаллическую решетку, в которой атомы связаны между собой прочными ковалентными связями. Каждый атом германия с четырьмя валентными электронами образует четыре связи с соседними атомами. Электропроводность такого материала обусловлена разрывом этих связей (например, под действием температуры), в результате чего появляются свободные носители заряда двух типов: электроны проводимости и положительно заряженные "вакансии" — дырки.