Термоэлектрические явления в полупроводниках

ГЛАВА 1. ТРИ ЭФФЕКТА ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ЯВЛЕНИЯ………..5
1.1. Эффект Зеебка……………………………………………………………...9
1.2. Эффект Пельтье………………………………………………..…….........11
1.3. Эффект Томсона…………………………………………………………..14

ГЛАВА 2. ПОЛУПРОВОДНИКИ: ВИДЫ И СВОЙСТВА...………………....19
2.1. Понятие о полупроводниках……………………………………………….19
2.2. Классификация и свойства полупроводников…………………………….21
2.3. Область применения полупроводников, распространенность в природе и в человеческой практике………………………………………………………...29

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….34

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………...

Целью данной работы является всестороннее изучение трех эффектов термоэлектрического явления в полупроводниках, анализ литературных данных по применению трех термоэлектрических явлений, исследование классификаций и свойств полупроводников, анализ области применения полупроводников, их распространенность в природе и в человеческой практике.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
1. Проанализировать три эффекта термоэлектрического явления: эффект Зеебка, эффект Пельтье и эффект Томсона;
2. Изучить понятие о полупроводниках;
3. Выявить классификации полупроводников и их свойства;
4. Исследовать область применения полупроводников, их распространенность в природе и в человеческой практике.
Актуальность исследования определяется особенностью применения полупроводников, их распространенностью в природе и в человеческой практике.

1.1. Эффект Зеебка.

Эффект Зеебека или термоэлектрический эффект был открыт в 1821 году. Он заключается в том, что в замкнутой цепи, состоящей из двух различных полупроводников или полупроводника и металла, места соединения которых находятся при различных температурах, возникает электрический ток, который называется термоэлектрическим.
На концах такой разомкнутой цепи появится разность потенциалов, которая, носит название электродвижущей силы (ЭДС). Значение этой разности потенциалов, зависящее от разности температур и вида материала, характеризующейся коэффициентом: где α – удельная термоэдс, представляет собой отнесенную к единичной разности температур.
Эффект Зеебека состоит в том, что в замкнутой цепи, состоящей из разнородных проводников, возникает термоэлектрическая сила, если места контактов поддерживают при разных температурах. В простейшем случае, когда электрическая цепь состоит из двух различных проводников, она называется термоэлементом, или термопарой.
...

1.3. Эффект Томсона.

Явление Томсона или эффект Томсона был открыт Вильямом Томсоном в 1856 году. В. Томсон, исследуя термоэлектрические явления, пришел к заключению, подтвердив его экспериментально, что при прохождении тока по неравномерно нагретому проводнику должно происходить дополнительное выделение теплоты, аналогичной теплоте Пельтье. Это явление получило название – эффект Томсона.
Явление Томсона объясняется так: так как в более нагретой части проводника электроны имеют большую среднюю энергию, чем в менее нагретой, то, двигаясь в направлении убывания температуры, они отдают часть своей энергии решетке, в результате чего происходит выделение теплоты Томсона. Если же электроны движутся в сторону возрастания температуры, то они, наоборот, пополняют свою энергию за счет энергии решетки, в результате чего происходит поглощение теплоты Томсона.
Эффект Томпсона в полупроводнике объясняется тем, что при наличии в нём градиента температуры возникает термоэдс.
...

2.1. Понятие о полупроводниках.

Полупроводник – материал, без которого не мыслим современный мир техники и электроники. Полупроводники проявляют свойства металлов и неметаллов в тех или иных условиях. По значению удельного электрического сопротивления полупроводники занимают промежуточное положение между хорошими проводниками и диэлектриками. Полупроводник отличается от проводников сильной зависимостью удельной проводимости и наличием кристаллической решетки элементов-примесей и концентрации этих элементов, а также от температуры и воздействия различных видов излучения. Основное свойство полупроводника - увеличение электрической проводимости с увеличением температуры.
«Полупроводники как особый класс веществ, были известны еще с конца XIX века, только развитие теории твердого тела позволила понять их особенность задолго до этого были обнаружены: эффект выпрямления тока на контакте металл-полупроводник и фотопроводимость».
...

2.2. Классификация и свойства полупроводников.

Полупроводники – широкий класс веществ, характеризующийся значениями удельной электропроводности d, лежащей в диапазоне между удельной электропроводностью металлов и хороших диэлектриков, то есть эти вещества не могут быть отнесены как к диэлектрикам, так и к металлам. К полупроводникам, например, относят такие вещества как германий, кремний, селен, теллур, а также некоторые оксиды, сульфиды и сплавы металлов.
Полупроводники долгое время не привлекали особого внимания ученых и инженеров. Одним из первых начал систематические исследования физических свойств полупроводников выдающийся советский физик Абрам Федорович Иоффе. Он выяснил что полупроводники – особый класс кристаллов со многими замечательными свойствами:
1. С повышением температуры удельное сопротивление полупроводников уменьшается, в отличие от металлов, у которых удельное сопротивление с повышением температуры увеличивается.
...

2.3. Область применения полупроводников, распространенность в природе и в человеческой практике.

Надежно работающие плоскостные полупроводниковые диоды и триоды были созданы только после изучения свойств полупроводниковых кристаллов и овладения технологией изготовления сверхчистых материалов.
Преимуществом плоскостных контактов по сравнению с точечными является их способность пропускать более сильный ток. Но при этом они имеют значительно большую паразитную емкость, вред которой возрастает с повышением частоты сигналов. Поэтому плоскостные диоды и триоды применяются для обработки и усиления низкочастотных сигналов, а точечные, называемые также кристаллическими детекторами, для детектирования слабых сигналов высоких и сверхвысоких частот.
Область применения полупроводников не ограничивалась радиотехникой. Еще в 1932 году А.Ф. Иоффе13 создал из закиси меди, а затем из селена фотоэлементы, вырабатывавшие при их освещении электрический ток без помощи внешних источников энергии.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Нобелевский лауреат Жорёс Иванович Алферов отметил, что в XX веке состоялось три основных открытия: искусственное деление урана, транзисторы, лазеры. Среди наиболее значимым для человечества является появление транзистора на полупроводниках и последовавшее за этим создание и развитие микро и оптоэлектроники – основы современной техники связи и информатики. Физика полупроводников развивалась на протяжении двух столетий, где полупроводниковые диоды пришли на смену вакуумным лампам, были изобретены фотодиоды на основе полупроводников, фотоэлементы, интегральные микросхемы, следовательно, это привело к развитию электронно-вычислительных машин и персонального компьютера.
Область применения полупроводников не ограничивалась радиотехникой. Были созданы фотоэлементы, вырабатывавшие при их освещении электрический ток без помощи внешних источников энергии. Была построена солнечная батарея, состоявшая из большого числа кремниевых фотоэлементов.
...