1
00:00:00,000 --> 00:00:02,070
За да разберем как да използваме 
полупроводниците,

2
00:00:02,070 --> 00:00:04,530
за да построим всички тези
удивителни изчислителни устройства,

3
00:00:04,530 --> 00:00:06,210
ще започнем от самото
начало,

4
00:00:06,210 --> 00:00:08,620
чак до разбирането

5
00:00:08,620 --> 00:00:11,520
защо полупроводниците 
са полупроводници.

6
00:00:11,520 --> 00:00:13,070
Имам предвид защо 
определени материали

7
00:00:13,070 --> 00:00:13,990
се държат като проводници,

8
00:00:13,990 --> 00:00:16,530
които са много добри 
в предаването на електричество

9
00:00:16,530 --> 00:00:18,870
през себе си, докато други – не?

10
00:00:18,870 --> 00:00:23,570
За да разберем това, трябва 
да разгледаме нещата на атомно ниво.

11
00:00:23,570 --> 00:00:26,490
Може да имаме представа 
за атомите,

12
00:00:26,490 --> 00:00:27,323
но познай какво?

13
00:00:27,323 --> 00:00:28,420
Оказва се, че знанието ни

14
00:00:28,420 --> 00:00:30,900
за атомната структура не е 
достатъчно.

15
00:00:30,900 --> 00:00:32,850
В това видео ще обобщим

16
00:00:32,850 --> 00:00:34,650
всички неща, които може би
вече знаем

17
00:00:34,650 --> 00:00:35,830
от предишните видеа.

18
00:00:35,830 --> 00:00:38,620
Ще видим защо настоящото знание

19
00:00:38,620 --> 00:00:39,830
или настоящата теория за атомите

20
00:00:39,830 --> 00:00:44,000
не е достатъчна, за да говорим 
за твърдите вещества като цяло,

21
00:00:44,000 --> 00:00:45,450
които ще ни интересуват.

22
00:00:46,620 --> 00:00:48,890
За начало, вече може 
да имаш представа.

23
00:00:48,890 --> 00:00:53,160
Може да знаеш, че цялата 
материя е изградена от атоми.

24
00:00:53,160 --> 00:00:56,900
Ако избереш един от тях 
и увеличиш,

25
00:00:56,900 --> 00:00:59,100
може да знаеш, че самите атоми

26
00:00:59,100 --> 00:01:01,110
са изградени от по-малки неща.

27
00:01:01,110 --> 00:01:03,370
В центъра имаме нещо,
наречено ядро,

28
00:01:03,370 --> 00:01:05,000
което има положителен заряд,

29
00:01:05,000 --> 00:01:07,660
и електроните, които са 
отрицателно заредени,

30
00:01:07,660 --> 00:01:08,990
биват привлечени от ядрото

31
00:01:08,990 --> 00:01:12,210
и се носят около ядрото 
в различни орбити,

32
00:01:12,210 --> 00:01:13,620
точно както в Слънчевата система

33
00:01:13,620 --> 00:01:15,460
планетите се носят около Слънцето.

34
00:01:15,460 --> 00:01:17,290
Това не е много точен модел.

35
00:01:17,290 --> 00:01:18,850
Ще се върнем обратно към това.

36
00:01:18,850 --> 00:01:20,650
Но засега нека използваме 
този модел.

37
00:01:20,650 --> 00:01:23,490
Важното нещо е, че има 
някои електрони,

38
00:01:23,490 --> 00:01:26,690
като тези, които са силно 
свързани с ядрото.

39
00:01:26,690 --> 00:01:28,603
Наричаме ги свързани електрони.

40
00:01:29,620 --> 00:01:31,750
Свързаните електрони 
не са отговорни

41
00:01:31,750 --> 00:01:33,070
за електропроводимостта.

42
00:01:33,070 --> 00:01:35,300
Докато има други електрони,

43
00:01:35,300 --> 00:01:37,740
които не са толкова силно 
привлечени от ядрото

44
00:01:37,740 --> 00:01:41,210
и те са свободни да се движат

45
00:01:41,210 --> 00:01:43,280
от един атом в друг.

46
00:01:43,280 --> 00:01:45,800
Тези електрони наричаме

47
00:01:45,800 --> 00:01:47,580
провеждащи електрони, 
или свободни електрони,

48
00:01:47,580 --> 00:01:50,590
и те са отговорни за 
електропроводимостта.

49
00:01:50,590 --> 00:01:51,710
В някои материали

50
00:01:51,710 --> 00:01:54,640
е много лесно да получиш 
тези свободни електрони.

51
00:01:54,640 --> 00:01:56,840
Ще имаш много от тях.

52
00:01:56,840 --> 00:01:59,440
Наричаме тези материали

53
00:01:59,440 --> 00:02:00,610
проводници.

54
00:02:00,610 --> 00:02:02,140
От друга страна, в някои материали

55
00:02:02,140 --> 00:02:04,690
е много трудно да получиш 
тези свободни електрони

56
00:02:04,690 --> 00:02:07,900
затова те са пренебрежимо 
малко количество.

57
00:02:07,900 --> 00:02:11,340
Като резултат, те са лоши 
проводници, или са изолатори.

58
00:02:11,340 --> 00:02:13,150
И, разбира се, имаме междинните,

59
00:02:13,150 --> 00:02:15,280
които наричаме полупроводници.

60
00:02:15,280 --> 00:02:16,600
Мисля, че най-важният въпрос,

61
00:02:16,600 --> 00:02:18,540
който трябва да си зададем тук,

62
00:02:18,540 --> 00:02:21,060
е как електронът става свободен?

63
00:02:21,060 --> 00:02:23,330
Какво го прави свободен 
и от какво зависи това?

64
00:02:23,330 --> 00:02:25,120
Това е нещото, което трябва 
да открием.

65
00:02:25,120 --> 00:02:27,800
Трябва да разгледаме 
цялото това нещо

66
00:02:27,800 --> 00:02:31,610
като твърдо вещество, понеже 
полупроводниците са твърди вещества.

67
00:02:31,610 --> 00:02:33,650
Трябва да открием

68
00:02:33,650 --> 00:02:37,080
какво прави електроните 
свободни в твърди вещества.

69
00:02:37,080 --> 00:02:39,850
За да направим това, трябва 
да преминем отвъд този

70
00:02:39,850 --> 00:02:43,110
модел на Слънчевата система за атома, 
който, както споменах преди,

71
00:02:43,110 --> 00:02:44,300
не е много точен.

72
00:02:44,300 --> 00:02:47,280
Трябва да разгледаме по-точен модел

73
00:02:47,280 --> 00:02:49,510
на атомната структура.

74
00:02:49,510 --> 00:02:50,970
Да направим това.

75
00:02:50,970 --> 00:02:53,680
Може би вече учи за това по химия.

76
00:02:53,680 --> 00:02:55,380
Оказва се, че вместо да мислим

77
00:02:55,380 --> 00:02:59,820
къде са електроните и по 
какви орбити се движат,

78
00:02:59,850 --> 00:03:03,340
е много по-добре да ги разглеждаме
според тяхната енергия.

79
00:03:03,340 --> 00:03:05,450
По-добре е да мислим 
какви са енергиите,

80
00:03:05,450 --> 00:03:07,000
които електроните могат да приемат.

81
00:03:07,000 --> 00:03:09,280
Може би вече учи по химия,

82
00:03:09,280 --> 00:03:11,200
че във всеки атом,

83
00:03:11,200 --> 00:03:14,940
ако начертая тук енергиите,

84
00:03:14,940 --> 00:03:18,440
във всеки атом електроните 
могат да имат само няколко

85
00:03:18,440 --> 00:03:22,880
специфични стойности
на енергията.

86
00:03:22,880 --> 00:03:24,720
Може би най-ниската енергия,

87
00:03:24,720 --> 00:03:26,970
която един електрон може да има, 
е някъде тук.

88
00:03:26,970 --> 00:03:29,310
Няма да записваме числата тук.

89
00:03:29,310 --> 00:03:30,960
Няма да разглеждаме това 
много количествено,

90
00:03:30,960 --> 00:03:32,010
не се тревожи за това.

91
00:03:32,010 --> 00:03:33,450
Може би това е най-ниската 
енергия,

92
00:03:33,450 --> 00:03:35,000
която един електрон може 
да притежава.

93
00:03:35,000 --> 00:03:36,730
Следващата по-висока енергия, 
която един електрон може да притежава,

94
00:03:36,730 --> 00:03:38,450
може да е някъде тук,

95
00:03:38,450 --> 00:03:41,240
а може би следващата
може да е някъде тук

96
00:03:41,240 --> 00:03:42,290
и така нататък.

97
00:03:42,290 --> 00:03:44,550
Даваме имена на тези 
енергийни нива.

98
00:03:44,550 --> 00:03:48,570
Наричаме най-ниското 
1s енергийно ниво.

99
00:03:48,570 --> 00:03:50,120
Следващото по-високо става 2s,

100
00:03:51,170 --> 00:03:54,230
след това идва 2р.

101
00:03:54,230 --> 00:03:58,984
После имаме 3s и 3р, и така нататък.

102
00:03:58,984 --> 00:04:01,780
Отново, ако това ти изглежда 
много ново

103
00:04:01,780 --> 00:04:03,800
и нямаш идея какво са s и р,

104
00:04:03,800 --> 00:04:06,650
тогава ще е добре да спреш тук,

105
00:04:06,650 --> 00:04:09,360
да се върнеш и да гледаш видеата 
за електронната конфигурации

106
00:04:09,360 --> 00:04:13,180
в плейлистата по химия, 
а после да дойдеш отново тук.

107
00:04:13,180 --> 00:04:15,760
Но се оказва, че електроните 
не могат да заемат

108
00:04:15,760 --> 00:04:17,700
тези енергийни нива 
на случаен принцип.

109
00:04:17,700 --> 00:04:20,340
Има определено правило 
кои електрони

110
00:04:20,340 --> 00:04:23,310
запълват тези енергийни нива.

111
00:04:23,310 --> 00:04:25,540
И това правило – отново, 
може да учи за него.

112
00:04:25,540 --> 00:04:28,980
Наричаме го принцип на Паули 
за изключването.

113
00:04:28,980 --> 00:04:31,683
Принцип или правило

114
00:04:33,380 --> 00:04:35,930
на Паули за изключването.

115
00:04:35,930 --> 00:04:39,150
То просто казва, че никои
два електрона...

116
00:04:39,150 --> 00:04:41,210
никои два електрона

117
00:04:42,190 --> 00:04:44,870
не могат да имат

118
00:04:44,870 --> 00:04:48,950
идентични енергии.

119
00:04:48,950 --> 00:04:51,670
Отново, това не е точното 
твърдение на Паули,

120
00:04:51,670 --> 00:04:54,320
но ще ни помогне, достатъчно ни е.

121
00:04:54,320 --> 00:04:56,230
Нека вземем конкретен пример.

122
00:04:56,230 --> 00:04:59,590
Предположи, че вземем натриев атом.

123
00:04:59,590 --> 00:05:03,600
Той има 11 електрона.

124
00:05:03,600 --> 00:05:05,393
Има 11 електрона.

125
00:05:07,040 --> 00:05:08,850
И тези 11 електрона

126
00:05:08,850 --> 00:05:11,480
могат да имат само 
специфични енергийни нива.

127
00:05:11,480 --> 00:05:13,560
Начинът, по който тези електрони

128
00:05:13,560 --> 00:05:15,200
ще запълнят енергийните нива,

129
00:05:15,200 --> 00:05:17,700
е съгласно принципа
на изключването.

130
00:05:17,700 --> 00:05:21,250
Първият електрон... помни,

131
00:05:21,250 --> 00:05:23,580
електроните винаги искат да приемат
най-ниската възможна енергия.

132
00:05:23,580 --> 00:05:26,960
Първият електрон би дошъл ето тук,

133
00:05:26,960 --> 00:05:28,610
а после може да мислиш, 
че следващият електрон

134
00:05:28,610 --> 00:05:31,050
не може да дойде тук, 
понеже Паули ни казва така.

135
00:05:31,050 --> 00:05:32,410
Не спорим с Паули.

136
00:05:32,410 --> 00:05:34,110
Вторият електрон, 
ако дойде тук,

137
00:05:34,110 --> 00:05:37,260
може да има идентична 
енергия, но не съвсем,

138
00:05:37,260 --> 00:05:40,700
понеже се оказва, че 
електроните могат да имат

139
00:05:40,700 --> 00:05:42,380
спин нагоре и спин надолу.

140
00:05:42,380 --> 00:05:45,360
Ако първият електрон влезе 
на ниво1s

141
00:05:45,360 --> 00:05:47,920
и приеме спин нагоре,

142
00:05:47,920 --> 00:05:50,370
друг електрон може да приеме

143
00:05:50,370 --> 00:05:53,590
същото енергийно ниво 
и да е със спин надолу,

144
00:05:53,590 --> 00:05:54,950
понеже се оказва, че тези два спина

145
00:05:54,950 --> 00:05:57,100
имат леко различаваща се енергия.

146
00:05:57,100 --> 00:05:59,240
Тези два електрона, строго казано,

147
00:05:59,240 --> 00:06:02,140
пак спазват правилото на Паули, 
понеже не са точно идентични

148
00:06:02,140 --> 00:06:03,740
поради спиновете си.

149
00:06:03,740 --> 00:06:05,640
Но следващият електрон, 
третият електрон,

150
00:06:05,640 --> 00:06:08,650
не може да се разположи
на 1s енергийното ниво,

151
00:06:08,650 --> 00:06:10,640
понеже ако го направи
и е със спин нагоре,

152
00:06:10,640 --> 00:06:11,880
той ще е идентичен на този,

153
00:06:11,880 --> 00:06:13,120
а ако го направи и е със спин надолу,

154
00:06:13,120 --> 00:06:15,100
тогава ще е идентичен на този.

155
00:06:15,100 --> 00:06:16,680
Не може да заеме това ниво.

156
00:06:16,680 --> 00:06:18,150
Трябва да заеме

157
00:06:18,150 --> 00:06:20,850
следващото по-високо енергийно ниво, 
което е налично, и то е това тук.

158
00:06:20,850 --> 00:06:22,730
Може да дойде тук.

159
00:06:22,730 --> 00:06:24,960
Енергийните нива 
между тези са недостъпни

160
00:06:24,960 --> 00:06:25,793
за тези електрони.

161
00:06:25,793 --> 00:06:28,280
Следващата енергия, която 
може да приеме, ще е 2s.

162
00:06:28,280 --> 00:06:30,300
Отново, може да бъде
със спин нагоре.

163
00:06:30,300 --> 00:06:33,580
Четвъртият електрон може 
да дойде тук със спин надолу.

164
00:06:33,580 --> 00:06:36,910
Следващият електрон 
ще дойде тук, спин нагоре,

165
00:06:36,910 --> 00:06:38,763
а следващият ще е със спин надолу.

166
00:06:39,700 --> 00:06:40,850
И ето какво.

167
00:06:40,850 --> 00:06:44,060
Оказва се, че в р енергийното ниво

168
00:06:44,060 --> 00:06:46,630
има три начина, по които 
електроните могат

169
00:06:46,630 --> 00:06:48,420
да заемат това енергийно ниво.

170
00:06:48,420 --> 00:06:50,830
Наричаме ги орбитали.

171
00:06:50,830 --> 00:06:52,960
Оказва се, че в s енергийните нива

172
00:06:52,960 --> 00:06:53,920
има само един начин.

173
00:06:53,920 --> 00:06:55,710
Има само една орбитала.

174
00:06:55,710 --> 00:06:57,900
Но в р има три орбитали.

175
00:06:57,900 --> 00:07:01,761
Така че друг електрон може 
да заеме 2р енергийното ниво

176
00:07:01,761 --> 00:07:04,450
като е в различна орбитала.

177
00:07:04,450 --> 00:07:05,910
Този електрон и този електрон

178
00:07:05,910 --> 00:07:07,660
ще са в различни орбитали,

179
00:07:07,660 --> 00:07:09,450
или различни конфигурации.

180
00:07:09,450 --> 00:07:10,970
Не е нужно да се тревожим 
много за името.

181
00:07:10,970 --> 00:07:12,930
Но пак няма да са идентични.

182
00:07:12,930 --> 00:07:15,320
Друг електрон може да заеме 
същата тази орбитала

183
00:07:15,320 --> 00:07:16,750
със спин надолу.

184
00:07:16,750 --> 00:07:21,170
Другият електрон е в третата 
р-орбитала със спин нагоре,

185
00:07:21,170 --> 00:07:22,880
а после следващият 
е със спин надолу.

186
00:07:22,880 --> 00:07:25,040
Сега 2р е напълно запълнено.

187
00:07:25,040 --> 00:07:28,170
Няма повече налични орбитали.

188
00:07:28,170 --> 00:07:29,190
Така че последният електрон,

189
00:07:29,190 --> 00:07:31,120
стигаме до 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,

190
00:07:31,120 --> 00:07:35,090
8, 9, 10, последният електрон 
ще е тук,

191
00:07:35,090 --> 00:07:37,810
в 3s, със спин нагоре.

192
00:07:37,810 --> 00:07:41,540
Но това е за единичен 
атом на натрия.

193
00:07:41,540 --> 00:07:44,970
Ами ако имаме, да кажем, 
два атома натрий,

194
00:07:44,970 --> 00:07:47,413
които са много близо 
един до друг, какво се случва?

195
00:07:49,090 --> 00:07:49,923
Нещо такова...

196
00:07:49,923 --> 00:07:52,060
Ами ако образуват молекула?

197
00:07:52,060 --> 00:07:54,990
Как електроните в тази молекула

198
00:07:54,990 --> 00:07:56,310
ще запълнят енергийните нива?

199
00:07:56,310 --> 00:07:59,600
Можем ли да кажем, че всеки атом 
ще има нещо такова?

200
00:07:59,600 --> 00:08:03,610
Всеки атом ще има електрони, 
които запълват орбиталите съответно?

201
00:08:03,610 --> 00:08:06,160
Това няма да проработи,
не може да е възможно.

202
00:08:06,160 --> 00:08:07,290
Начинът да си представим това е,

203
00:08:07,290 --> 00:08:09,370
че можем да кажем –
ако го направим така –

204
00:08:09,370 --> 00:08:11,360
че принципът на Паули 
ще бъде нарушен.

205
00:08:11,360 --> 00:08:13,850
Спомни си, принципът на Паули гласи,
че никои два електрона –

206
00:08:13,850 --> 00:08:15,490
и когато кажем никои два електрона,

207
00:08:15,490 --> 00:08:17,740
това може да са никои два 
електрона в атом

208
00:08:17,740 --> 00:08:20,370
или никои два електрона 
в молекула,

209
00:08:20,370 --> 00:08:23,960
или може би никои два електрона 
в цялото твърдо вещество.

210
00:08:23,960 --> 00:08:26,490
Никои два електрона не могат 
да имат идентични енергии.

211
00:08:26,490 --> 00:08:30,040
Така че, ако двата атома имат 
тези електронни конфигурации,

212
00:08:30,040 --> 00:08:32,390
тогава можеш да видиш,
че този електрон

213
00:08:32,390 --> 00:08:35,430
и този електрон ще са идентични.

214
00:08:35,430 --> 00:08:38,720
Този и този ще са напълно 
идентични.

215
00:08:38,720 --> 00:08:40,960
Всички те ще имат идентични
двойки,

216
00:08:40,960 --> 00:08:45,360
и принципът на Паули ще е нарушен, 
така че това не може да е възможно.

217
00:08:45,360 --> 00:08:48,080
Ако имаме цяло твърдо вещество,

218
00:08:48,080 --> 00:08:51,710
което е изградено от натрий, 
където имаме, например, 10^23

219
00:08:51,710 --> 00:08:53,870
атома близо един до друг,

220
00:08:53,870 --> 00:08:57,520
и ако използваме този модел 
за всеки атом,

221
00:08:57,520 --> 00:09:00,835
тогава ще има около 
10^23 идентични копия

222
00:09:00,835 --> 00:09:03,340
електрони във всяко ниво.

223
00:09:03,340 --> 00:09:08,020
Принципът на Паули ще е нарушен.

224
00:09:08,020 --> 00:09:11,370
Ключовото нещо е, че тази структура,

225
00:09:11,370 --> 00:09:15,400
която учихме за отделния атом,
не може да бъде разширена,

226
00:09:15,400 --> 00:09:16,830
когато стигнем до твърдите 
вещества.

227
00:09:16,830 --> 00:09:19,700
Трябва ни нова теория, 
за да разберем какво става

228
00:09:19,700 --> 00:09:22,233
и как електроните са се подредели, 
или как да си ги представим,

229
00:09:22,233 --> 00:09:24,040
когато става въпрос 
за твърди вещества.

230
00:09:24,040 --> 00:09:26,583
Ще разгледаме това
в следващите видеа.