468 Shares 7299 views

Czym są półprzewodniki? Odporność na półprzewodniki

Co to jest materiał półprzewodnikowy? Jakie są jego cechy? Czym jest fizyka półprzewodników? Jak są zbudowane? Jaka jest przewodność półprzewodników? Jakie fizyczne wskaźniki mają?

Co nazywa się półprzewodnikami?

W ten sposób wyznaczaj materiały krystaliczne, które nie przewodzą elektryczności, a także metali. Ale ten wskaźnik jest lepszy niż izolatory. Takie cechy są spowodowane liczbą przewoźników komórkowych. Jeśli weźmiemy pod uwagę ogólnie, istnieje silne przywiązanie do jądra. Ale gdy kilka atomów, powiedzmy, antymon, który ma nadmiar elektronów, jest wprowadzony do przewodu, to stanowisko zostanie poprawione. Kiedy stosuje się ind, uzyskuje się elementy o dodatnim ładunku. Wszystkie te właściwości są powszechnie stosowane w tranzystorach – specjalnych urządzeniach, które mogą wzmacniać, blokować lub przekazywać prąd w jednym kierunku. Jeśli weźmiemy pod uwagę element typu NPN, możemy zauważyć istotną rolę wzmacniającą, która jest szczególnie ważna w przekazywaniu słabych sygnałów.

Konstruktywne cechy półprzewodników elektrycznych

Przewody mają wiele wolnych elektronów. Izolatory wcale ich nie mają. Półprzewodniki zawierają również pewną liczbę wolnych elektronów, a luki mają ładunek dodatni, które są gotowe do przyjęcia uwolnionych cząstek. A co najważniejsze – wszystkie one prowadzą prąd elektryczny. Typ rozważanego wcześniej tranzystora NPN nie jest pojedynczym elementem półprzewodnikowym. Tak więc istnieją tranzystory PNP, a także diody.

Mówiąc krótko o tej ostatniej, jest to taki element, że może przesyłać sygnały tylko w jednym kierunku. Ponadto dioda może przekształcić prąd przemienny w stały. Jaki jest mechanizm takiej transformacji? I dlaczego on jedzie tylko w jednym kierunku? W zależności od tego, gdzie pochodzi prąd, elektrony i opuszczenia mogą się rozchodzić lub spotkać w połowie drogi. W pierwszym przypadku ze względu na zwiększony dystans, dopływ zasilania jest przerywany, a zatem przenoszenie ujemnych nośników napięć odbywa się tylko w jednym kierunku, to znaczy przewodność półprzewodników jest jednostronna. Wszakże prąd może być transmitowany tylko wtedy, gdy cząstki składowe są w pobliżu. Jest to możliwe tylko wtedy, gdy zasilanie jest dostarczane z jednej strony. Tego typu półprzewodniki istnieją i są w użyciu w tej chwili.

Struktura strefy

Własności elektryczne i optyczne przewodników wynikają z faktu, że gdy elektrony napełniają poziomy energii, są oddzielone od możliwych stanów przez zabroniony pas. Jakie są jego cechy? Faktem jest, że w strefie zabronionej nie ma poziomów energii. Z pomocą zanieczyszczeń i wad konstrukcyjnych można to zmienić. Najwyższa, całkowicie wypełniona strefa nazywana jest pasem wartościowości. Potem następuje rozdzielczość, ale pusta. Nazywa się to pasem przewodzenia. Fizyka półprzewodników jest dość interesującym tematem, aw ramach artykułu będzie dobrze uwzględniony.

Stan elektronów

W tym celu wykorzystywane są pojęcia, takie jak liczba pasma dozwolonego i quasimoment. Struktura pierwszego zależy od prawa dyspersyjnego. Mówi, że wpływa na zależność energii od quasimomentum. Jeśli więc taśma wartościowości jest całkowicie wypełniona elektronami (które noszą ładunek w półprzewodnikach), to mówią, że nie ma w nich podstawowych wzbudzeń. Jeśli z jakiegoś powodu nie ma cząstki, oznacza to, że jest dodatnio naładowana kwaptyczna – przepustka lub otwór. Są nośnikami ładunku w półprzewodnikach w paśmie wartościowości.

Strefy zdegenerowane

Pasmo wartościowości w typowym przewodzie jest sześciokrotnie zdegenerowane. Jest to bez uwzględnienia oddziaływania spin-orbita i tylko wtedy, gdy quasimomentum wynosi zero. Można podzielić ten sam stan na podwójne i czterostupne zdegenerowane strefy. Odległość energii między nimi nazywa się energią rozszczepiania spin-orbita.

Zanieczyszczenia i wady półprzewodników

Mogą być elektrycznie nieaktywne lub aktywne. Użycie tych pierwszych umożliwia uzyskanie dodatniego lub ujemnego ładunku w półprzewodnikach, które można wyrównać przez pojawienie się otworu w pasmie wartościowości lub elektronu w prowadzonej strefie. Nieaktywne zanieczyszczenia są neutralne i mają stosunkowo mały wpływ na właściwości elektroniczne. I często może mieć znaczenie, jakie wartościowości atomy, które biorą udział w przekazywaniu ładunku, i strukturze siatki krystalicznej.

W zależności od rodzaju i ilości zanieczyszczeń, stosunek liczby otworów i elektronów może się różnić. Dlatego materiały półprzewodnikowe muszą być starannie dobierane w celu uzyskania pożądanego efektu. Jest to poprzedzone znaczną liczbą obliczeń i kolejnych eksperymentów. Cząstki, które najbardziej nazywają głównymi nośnikami ładunku, nie są podstawowymi.

Wprowadzenie zanieczyszczeń do półprzewodników umożliwia dozowanie urządzeń o wymaganych właściwościach. Usterki w półprzewodnikach mogą również występować w nieaktywnym lub aktywnym stanie elektrycznym. Ważne jest tutaj przemieszczenie, atom pełnoekranowy i wakat. Ciekłe i niekrystaliczne przewody reagują inaczej niż zanieczyszczenia niż krystaliczne przewody. Brak sztywnej struktury powoduje w końcu, że przemieszczony atom otrzymuje inną wartośćowość. Będzie inaczej niż ten, z którym początkowo nasyca połączenia. Atom staje się nieopłacalny do podawania lub przymocowania elektronu. W takim przypadku staje się nieaktywny, a zatem półprzewodniki zanieczyszczeń mają dużą szansę na awarię. Prowadzi to do tego, że nie można zmienić typu przewodności przez domieszkowanie i utworzenie na przykład połączenia pn.

Niektóre amorficzne półprzewodniki mogą zmieniać własności elektroniczne pod wpływem dopingu. Dotyczy to jednak znacznie mniejszego niż krystalicznego. Czułość elementów bezpostaciowych na stopienie może być zwiększona poprzez przetwarzanie. W końcu chcę zauważyć, że z powodu długiej i ciężkiej pracy zanieczyszczenia półprzewodniki są nadal reprezentowane przez wiele wyników o dobrych właściwościach.

Statystyki elektronów w półprzewodnikowym

Jeśli zachodzi równowaga termodynamiczna, liczba otworów i elektronów zależy wyłącznie od temperatury, parametrów struktury pasma i stężenia zanieczyszczeń elektrycznie czynnych. Gdy obliczy się stosunek, uznaje się, że część cząstek będzie w paśmie przewodzenia (na poziomie akceptora lub dawcy). Bierze także pod uwagę fakt, że część może opuścić walentny obszar, a są luki.

Przewodność elektryczna

Oprócz półprzewodników, oprócz elektronów jony mogą działać jako nośniki ładunku. Ich przewodność elektryczna w większości przypadków jest nieistotna. Jako wyjątek można wymienić tylko nadprzewodniki jonowe. W półprzewodnikach istnieją trzy główne mechanizmy transferu elektronicznego:

  1. Strefa strefy głównej. W tym przypadku elektron zaczyna wchodzić w ruch ze względu na zmianę jego energii w obrębie jednego dozwolonego obszaru.
  2. Przeskakiwanie transferu w stanach zlokalizowanych.
  3. Polaronic.

Exciton

Otwór i elektron mogą tworzyć stan związany. Nazywany jest ekscytant Wannier-Mott. W tym przypadku energia fotonu, która odpowiada krawędzi absorpcji, maleje o wielkość wartości wiązania. Przy wystarczającej intensywności światła , w półprzewodnikach może powstać znaczna ilość ekscytonów. Wraz ze wzrostem ich stężenia następuje kondensacja i powstaje ciekły otwór elektronowy.

Powierzchnia półprzewodników

Te słowa oznaczają kilka warstw atomowych, które znajdują się w pobliżu granicy urządzenia. Właściwości powierzchni różnią się od masowych. Obecność tych warstw zakłóca translacyjną symetrię kryształu. Prowadzi to do tak zwanych stanów powierzchniowych i polaritonów. Opracowując temat tego ostatniego, powinniśmy również poinformować o falach wirowych i wibrujących. Ze względu na swoją aktywność chemiczną powierzchnia pokryta jest mikroskopijną warstwą obcych cząsteczek lub atomów, które zostały adsorbowane ze środowiska. Określają właściwości tych kilku warstw atomowych. Na szczęście stworzenie technologii ultra wysokiej próżni, w której tworzy się elementy półprzewodnikowe, pozwala nam uzyskać i utrzymywać czystą powierzchnię przez kilka godzin, co pozytywnie wpływa na jakość produktów.

Półprzewodnik. Temperatura wpływa na opór

Kiedy wzrasta temperatura metali, tak samo ich opór. Z półprzewodnikami jest to prawda – w takich samych warunkach ten parametr będzie się zmniejszał. Chodzi o to, że przewodność elektryczna jakiegokolwiek materiału (i ta charakterystyka jest odwrotnie proporcjonalna do oporu) zależy od ładunku obecnych nośników, prędkości ich przemieszczania się w polu elektrycznym i ich liczby w jednej jednostce objętości materiału.

W elementach półprzewodnikowych, wraz ze wzrastającą temperaturą, wzrasta stężenie cząstek, wzrasta przewodność cieplna, a oporność maleje. Możesz to sprawdzić, jeśli masz prosty zestaw młodych fizyków i niezbędny materiał – krzem czy german, możesz też zrobić ze sobą półprzewodnikowy. Zwiększenie temperatury zmniejszy ich opór. Aby tego upewnić, musisz zaopatrzyć się w urządzenia pomiarowe, które pozwolą zobaczyć wszystkie zmiany. To w ogólnym przypadku. Spójrzmy na kilka konkretnych opcji.

Odporność i jonizacja elektrostatyczna

Wynika to z tunelowania elektronów przechodzących przez bardzo wąską barierę, która dostarcza około jednej setnej mikrometru. Znajduje się pomiędzy krawędziami stref energetycznych. Wygląd jest możliwy tylko wtedy, gdy pasma energii są przechylone, co występuje tylko pod wpływem silnego pola elektrycznego. Kiedy tunelowanie występuje (co jest efektem kwantowo-mechanicznym), elektrony przechodzą przez wąską barierę potencjalną, a ich energia nie zmienia się. Oznacza to zwiększenie stężenia nośników ładunku, zarówno w zakresie przewodności i wartościowości. Jeśli rozwinie się proces jonizacji elektrostatycznej, może nastąpić awaria tunelu półprzewodników. W tym procesie zmieni się odporność półprzewodników. Jest odwracalny, a gdy tylko pole elektryczne zostanie wyłączone, wszystkie procesy zostaną przywrócone.

Jonizacja oporu i udarności

W tym przypadku otwory i elektrony są przyspieszane, o ile średnia droga swobodna pod wpływem silnego pola elektrycznego osiąga wartości, które przyczyniają się do jonizacji atomów i pęknięcia jednego z wiązań kowalencyjnych (głównego atomu lub zanieczyszczenia). Irytacja wstrząsów zachodzi lawinowo, a ładunki nośne mnożą się w lawinie. W tym przypadku nowo utworzone otwory i elektrony są przyspieszane prądem elektrycznym. Wartość prądu w końcowym wyniku jest mnożona przez współczynnik jonizacji uderzenia, który jest równy liczbie par elektronowo-dziurkowych, które są utworzone przez nośnik ładunku na jednym odcinku ścieżki. Rozwój tego procesu prowadzi ostatecznie do upadku lawiny półprzewodników. Oporność półprzewodników różni się również, ale, podobnie jak w przypadku awarii tunelu, jest odwracalny.

Zastosowanie półprzewodników w praktyce

Szczególne znaczenie tych elementów należy zauważyć w technologii komputerowej. Nie ulega wątpliwości, że nie byłbyś zainteresowany kwestią tego, jakie półprzewodniki są, gdyby nie pragnienie niezależnego gromadzenia przedmiotu z ich użyciem. Nie sposób wyobrazić sobie pracy nowoczesnych lodówek, telewizorów, monitorów komputerowych bez półprzewodników. Nie bez nich i zaawansowany rozwój samochodów. Są one również stosowane w przemyśle lotniczym. Czy rozumiesz, jakie są półprzewodniki, jak ważne są one? Oczywiście nie możemy powiedzieć, że są to jedyne niezastąpione elementy naszej cywilizacji, ale nie należy ich lekceważyć.

Zastosowanie półprzewodników w praktyce jest również spowodowane szeregiem czynników, wśród nich szerokie rozpowszechnienie materiałów, z których są wykonane, łatwość przetwarzania i uzyskania pożądanego efektu oraz inne cechy techniczne, które wybrały naukowców, którzy rozwinęli technologię elektroniczną.

Wnioski

Dokładnie przeanalizowaliśmy, jakie są półprzewodniki, jak one działają. Oporność opiera się na złożonych procesach fizykochemicznych. Możemy też powiadomić, że fakty opisane w artykule nie są w pełni zrozumiały, jakie półprzewodniki są z prostego powodu, że nawet nauka nie zbadała konkretnych szczegółów swojej pracy do końca. Ale znamy ich podstawowe właściwości i cechy charakterystyczne, które pozwalają nam stosować je w praktyce. Dlatego też można szukać materiałów półprzewodnikowych i eksperymentować z nimi, uważając. Kto wie, może wielki naukowiec cię śpią!