Plik półprzewodniki to elementy pełniące funkcję przewodników lub izolatorów wybiórczo, w zależności od warunków zewnętrznych, którym są poddawane, takich jak temperatura, ciśnienie, promieniowanie oraz pola magnetyczne lub elektryczne.
W układzie okresowym występuje 14 pierwiastków półprzewodnikowych, wśród których znajdują się krzem, german, selen, kadm, glin, gal, bor, ind i węgiel. Półprzewodniki to krystaliczne ciała stałe o średnim przewodnictwie elektrycznym, dzięki czemu mogą być używane podwójnie jako przewodnik i izolator.
Jeśli są używane jako przewodniki, w określonych warunkach umożliwiają przepływ prądu elektrycznego, ale tylko w jednym kierunku. Ponadto nie mają tak wysokiej przewodności, jak metale przewodzące..
Półprzewodniki są wykorzystywane w zastosowaniach elektronicznych, zwłaszcza do produkcji elementów, takich jak tranzystory, diody i układy scalone. Są również używane jako akcesoria lub uzupełnienia czujników optycznych, takich jak lasery na ciele stałym oraz niektóre urządzenia zasilające do systemów przesyłu energii elektrycznej..
Obecnie tego typu element jest wykorzystywany do rozwoju technologicznego w dziedzinie telekomunikacji, systemów sterowania i przetwarzania sygnałów, zarówno w zastosowaniach domowych, jak i przemysłowych..
Indeks artykułów
Istnieją różne rodzaje materiałów półprzewodnikowych, w zależności od występujących w nich zanieczyszczeń i ich fizycznej odpowiedzi na różne bodźce środowiskowe..
Są to pierwiastki, których struktura molekularna składa się z jednego typu atomu. Do tego typu wewnętrznych półprzewodników należą krzemowe i germanowe.
Struktura molekularna wewnętrznych półprzewodników jest tetraedryczna; oznacza to, że ma wiązania kowalencyjne między czterema otaczającymi atomami, jak pokazano na poniższym obrazku.
Każdy atom wewnętrznego półprzewodnika ma 4 elektrony walencyjne; to znaczy 4 elektrony krążące w najbardziej zewnętrznej powłoce każdego atomu. Z kolei każdy z tych elektronów tworzy wiązania z sąsiednimi elektronami..
W ten sposób każdy atom ma 8 elektronów w swojej najbardziej powierzchownej warstwie, tworząc w ten sposób trwałe wiązanie między elektronami i atomami tworzącymi sieć krystaliczną..
Z powodu tej konfiguracji elektrony nie poruszają się łatwo w strukturze. Zatem w standardowych warunkach wewnętrzne półprzewodniki zachowują się jak izolator.
Jednak przewodnictwo samoistnego półprzewodnika rośnie wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ niektóre elektrony walencyjne absorbują energię cieplną i oddzielają się od wiązań..
Elektrony te stają się swobodnymi elektronami i, jeśli są odpowiednio kierowane przez różnicę potencjałów elektrycznych, mogą przyczyniać się do przepływu prądu w sieci krystalicznej..
W takim przypadku wolne elektrony wskakują w pasmo przewodnictwa i przechodzą do bieguna dodatniego źródła potencjału (np. Baterii).
Ruch elektronów walencyjnych indukuje podciśnienie w strukturze molekularnej, co przekłada się na efekt podobny do tego, jaki daje ładunek dodatni w układzie, przez co uważa się je za nośniki ładunku dodatniego..
Następnie występuje efekt odwrotny, ponieważ niektóre elektrony mogą spaść z pasma przewodnictwa do powłoki walencyjnej, uwalniając w tym procesie energię, która nazywa się rekombinacją.
Są zgodne poprzez włączenie zanieczyszczeń do wewnętrznych przewodników; to znaczy przez włączenie elementów trójwartościowych lub pięciowartościowych.
Proces ten nazywany jest domieszkowaniem, a jego celem jest zwiększenie przewodności materiałów, polepszenie ich właściwości fizycznych i elektrycznych..
Zastępując wewnętrzny atom półprzewodnika atomem innego składnika, można otrzymać dwa typy zewnętrznych półprzewodników, które opisano szczegółowo poniżej.
W tym przypadku zanieczyszczeniem jest trójwartościowy element półprzewodnikowy; to znaczy z trzema (3) elektronami w powłoce walencyjnej.
Inwazyjne elementy w strukturze nazywane są elementami dopingującymi. Przykładami tych pierwiastków w półprzewodnikach typu P są bor (B), gal (Ga) lub ind (In).
Brak elektronu walencyjnego do utworzenia czterech wiązań kowalencyjnych wewnętrznego półprzewodnika, półprzewodnik typu P ma lukę w brakującym wiązaniu.
To sprawia, że elektrony, które nie należą do sieci krystalicznej, przechodzą przez tę dziurę, która ma ładunek dodatni..
Ze względu na dodatni ładunek dziury wiązania, tego typu przewodniki nazywane są literą „P” iw konsekwencji są rozpoznawane jako akceptory elektronów.
Przepływ elektronów przez dziury w wiązaniu wytwarza prąd elektryczny, który krąży w kierunku przeciwnym do prądu pochodzącego z wolnych elektronów.
Element inwazyjny w konfiguracji jest nadawany przez elementy pięciowartościowe; to znaczy te, które mają pięć (5) elektronów w paśmie walencyjnym.
W tym przypadku zanieczyszczenia, które są wbudowane w wewnętrzny półprzewodnik, to pierwiastki takie jak fosfor (P), antymon (Sb) lub arsen (As).
Domieszki mają dodatkowy elektron walencyjny, który nie mając wiązania kowalencyjnego, z którym mógłby się wiązać, może automatycznie przemieszczać się przez sieć krystaliczną.
Tutaj prąd elektryczny krąży w materiale dzięki nadwyżce wolnych elektronów dostarczonej przez domieszkę. Dlatego półprzewodniki typu N są uważane za donory elektronów..
Półprzewodniki charakteryzują się podwójną funkcjonalnością, energooszczędnością, różnorodnością zastosowań i niskim kosztem. Najważniejsze cechy półprzewodników są szczegółowo opisane poniżej.
- Jego odpowiedź (przewodząca lub izolująca) może się różnić w zależności od wrażliwości elementu na oświetlenie, pola elektryczne i pola magnetyczne otoczenia..
- Jeśli półprzewodnik zostanie poddany działaniu niskiej temperatury, elektrony pozostaną zjednoczone w paśmie walencyjnym, a zatem nie pojawią się wolne elektrony do obiegu prądu elektrycznego.
Z drugiej strony, jeśli półprzewodnik jest wystawiony na działanie wysokich temperatur, wibracje termiczne mogą wpływać na wytrzymałość wiązań kowalencyjnych atomów elementu, pozostawiając wolne elektrony do przewodzenia elektrycznego..
- Przewodność półprzewodników zmienia się w zależności od proporcji zanieczyszczeń lub pierwiastków domieszkowych w wewnętrznym półprzewodniku.
Na przykład, jeśli 10 atomów boru jest zawartych w milionie atomów krzemu, stosunek ten tysiąckrotnie zwiększa przewodnictwo związku w porównaniu z przewodnictwem czystego krzemu..
- Przewodnictwo półprzewodników zmienia się w zakresie od 1 do 10-6 S.cm-1, w zależności od rodzaju zastosowanego pierwiastka chemicznego.
- Złożone lub zewnętrzne półprzewodniki mogą wykazywać właściwości optyczne i elektryczne znacznie lepsze niż właściwości wewnętrznych półprzewodników, czego przykładem jest arsenek galu (GaAs), używany głównie w aplikacjach o częstotliwości radiowej i innych zastosowaniach optoelektronicznych..
Półprzewodniki są szeroko stosowane jako surowiec do montażu elementów elektronicznych, które są częścią naszego codziennego życia, takich jak układy scalone..
Jednym z głównych elementów układu scalonego są tranzystory. Urządzenia te pełnią funkcję dostarczania sygnału wyjściowego (oscylacyjnego, wzmocnionego lub prostowanego) zgodnie z określonym sygnałem wejściowym.
Ponadto półprzewodniki są również podstawowym materiałem diod stosowanych w obwodach elektronicznych, aby umożliwić przepływ prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku..
W przypadku konstrukcji diod tworzone są zewnętrzne złącza półprzewodnikowe typu P i typu N. Poprzez naprzemienne elementy donora elektronów i nośnika aktywowany jest mechanizm równoważenia między obiema strefami..
Zatem elektrony i dziury w obu strefach przecinają się i uzupełniają się w razie potrzeby. Dzieje się to na dwa sposoby:
- Następuje przeniesienie elektronów ze strefy typu N do strefy P. Strefa typu N uzyskuje głównie strefę ładunku dodatniego.
- Następuje przejście dziur niosących elektrony ze strefy typu P do strefy typu N. Strefa typu P nabiera przeważającego ładunku ujemnego.
W końcu powstaje pole elektryczne, które indukuje krążenie prądu tylko w jednym kierunku; to znaczy od strefy N do strefy P..
Ponadto użycie kombinacji wewnętrznych i zewnętrznych półprzewodników może wytworzyć urządzenia, które pełnią funkcje podobne do lampy próżniowej, która ma setki razy większą objętość..
Ten rodzaj aplikacji dotyczy układów scalonych, takich jak chipy mikroprocesorowe, które pokrywają znaczną ilość energii elektrycznej..
Półprzewodniki są obecne w urządzeniach elektronicznych, których używamy na co dzień, takich jak urządzenia brązowej linii, takie jak telewizory, odtwarzacze wideo, sprzęt dźwiękowy; komputery i telefony komórkowe.
Najpowszechniej stosowanym półprzewodnikiem w przemyśle elektronicznym jest krzem (Si). Ten materiał jest obecny w urządzeniach tworzących układy scalone, które są częścią naszej codzienności.
Krzemowe stopy germanu (SiGe) są stosowane w szybkich układach scalonych do radarów i wzmacniaczy instrumentów elektrycznych, takich jak gitary elektryczne..
Innym przykładem półprzewodnika jest arsenek galu (GaAs), szeroko stosowany we wzmacniaczach sygnału, szczególnie w przypadku sygnałów o dużym wzmocnieniu i niskim poziomie szumów..
Jeszcze bez komentarzy