0304

i korpuskularne. Przyjęto nazywać półprzewodnikami tc substancje w stanie krystalicznym, dla których szerokość strefy wzbronionej raczej nie przekracza 2eV, niezależnie od wartości ich oporności właściwej, która może być nawet tak duża, jak u izolatora.

W układzie okresowym Mendclejewa półprzewodnikami są te pierwiastki, które znajdują się w 4, 5 i 6 grupie i w 3, 4 i 5 okresie, a ponadto bor, węgiel i ind. Typowymi jednak półprzewodnikami o szerokim znaczeniu praktycznym są german Ge, krzem Si i tellur Te.

Podstawowe właściwości półprzewodników omówimy pokrótce na przykładzie ich typowego przedstawiciela — germanu Ge, którego atomy, łącząc się w sieć krystaliczną, wiązane są czterema parami elektronów walencyjnych. Uczestnictwo wszystkich elektronów walencyjnych w wiązaniu, w modelu pasmowym, przedstawia się jako zapełnienie pasma podstawowego i brak elektronów w paśmie przewodnictwa. Dzięki temu czysty german w niskich temperaturach jest izolatorem. Tylko w temperaturach wyższych istnieje możliwość zerwania pewnej liczby wiązań, czyli przeniesienia elektronów do pasma przewodnictwa, a pozostawienie takiej samej liczby dziur w paśmie podstawowym. Elektrony i dziury uczestniczą w przewodzeniu prądu; kryształ germanu jest półprzewodzący, a jego przewodność rośnie z temperaturą lub oporność maleje, co w niezbyt dużym zakresie temperatur daje się wyrazić zależnością

A E

P = Po^e2*^r    17.11

gdzie:

\E jest szerokością strefy wzbronionej,

Po — oporność właściwa w temperaturze początkowej.

Czysty kryształ Ge, zawierając jednakowe liczby swobodnych dziur i elektronów, reprezentuje przewodność samoistną. Domieszka pierwiastka grupy piątej, którego atom. wbudowując się zamiast atomu Ge w sieć, wprowadza jeden nadmiarowy elektron dający się łatwo uwalniać, czyli przenosić do pasma przewodnictwa. Atom ten nazywa się donorem elektronu, a przewodność kryształu jest prawie wyłącznie elektronowa, czyli typu n. Analogicznie, domieszki pierwiastków grupy trzeciej są akceptorami elektronów z pasma podstawowego, w którym pozostają swobodne dziury. Kryształ taki charakteryzuje się przewodnością dziurową, czyli typu p.

Półprzewodniki domieszkowe typu n oraz typu p, w działaniu różnią się od półprzewodników samoistnych tym, że do aktywacji przewodności wymagają energii dużo mniejszej niż szerokość strefy wzbronionej, oraz tym, że kombinacje liniowe półprzewodników różnych typów dają możliwość tworzenia elektronicznych elementów o właściwościach prostowniczych (diody), wzmacniających (tranzystory) oraz wiele innych.

Właściwości półprzewodnikowe ma także cały szereg kryształów organicznych. Półprzewodnikami organicznymi są głównie związki o dużym stopniu nasycenia. Wywodzą się one spośród alkenów, alkinów i aromatycznych związków wielopierścieniowych.

Z substancji alifatycznych, występujących w organizmie żywym, najbardziej znane jako półprzewodniki są karoteny i inne prowitaminy A, a spośród związków pierścieniowych — biologicznie czynne poiichinony, jak np. hipercyna czy fagopiran. Uczulają one organizm na działanie światła słonecznego.

Najbardziej rozpowszechnionymi związkami biologicznymi o charakterze półprzewodników są wielopierścieniowe porfiryny, zwłaszcza zawierające metal, jak: witamina B₁₂

310