Ano ang semiconductors? Paglaban ng mga semiconductor

Ano ang materyal na semiconductor? Ano ang mga tampok nito? Ano ang pisika ng semiconductors? Paano sila itinayo? Ano ang koryente ng semiconductors? Ano ang mga pisikal na tagapagpahiwatig mayroon sila?

Ano ang tinatawag na semiconductors?

Kaya magtalaga ng mga materyal na mala-kristal na hindi nagsasagawa ng elektrisidad gayundin ng mga metal. Ngunit ang tagapagpahiwatig na ito ay mas mahusay kaysa sa mga insulator. Ang mga naturang katangian ay dahil sa bilang ng mga mobile carrier. Kung isaalang-alang natin sa pangkalahatan, may isang malakas na attachment sa nuclei. Ngunit kapag ang ilang mga atoms, sabihin, antimonyo, na may labis na mga electron, ay ipinakilala sa konduktor, ang posisyon na ito ay itatama. Kapag ang indium ay ginagamit, ang mga elemento na may positibong bayad ay nakuha. Ang lahat ng mga ari-arian ay malawak na ginagamit sa mga transistors - mga espesyal na aparato na maaaring magpalaki, i-block o ipasa ang kasalukuyang sa isang direksyon lamang. Kung isaalang-alang natin ang elemento ng NPN-uri, maaari nating pansinin ang isang mahalagang papel na nagpapalaki, na mahalaga sa paghahatid ng mga mahinang signal.

Mga nakabubuo na tampok ng mga electrical semiconductors

Ang mga konduktor ay may maraming mga libreng elektron. Ang mga insulator ay hindi halos may mga ito sa lahat. Ang mga semiconductor ay naglalaman din ng isang tiyak na bilang ng mga libreng elektron, at mga puwang na may isang positibong singil, na kung saan ay handa na tanggapin ang inilabas na mga particle. At pinaka-mahalaga - lahat sila ay nagsasagawa ng kasalukuyang ng kuryente. Ang uri ng transistor ng NPN na itinuturing na mas maaga ay hindi isang posibleng elementong semikondaktor. Kaya, may mga PNP-transistors, pati na rin ang diodes.

Sa madaling sabi tungkol sa huli, ito ay isang sangkap na maaari itong magpadala ng mga signal sa isang direksyon lamang. Gayundin, ang diode ay maaaring i-convert ang isang alternating kasalukuyang sa isang pare-pareho ang isa. Ano ang mekanismo ng naturang pagbabago? At bakit siya lumipat lamang sa isang direksyon? Depende sa kung saan ang kasalukuyang nanggagaling, ang mga electron at pagtanggal ay maaaring magkaiba o matugunan ang kalahati. Sa unang kaso, dahil sa pagtaas sa distansya, ang supply ng supply ay nagambala, at sa gayon ang paglipat ng mga negatibong boltahe carrier ay isinasagawa lamang sa isang direksyon, ibig sabihin, ang kondaktibiti ng semiconductors ay may panig. Matapos ang lahat, ang kasalukuyang maaaring maipadala lamang kung ang mga particle ng mga constituent ay malapit na. At ito ay posible lamang kapag ang kapangyarihan ay ibinibigay mula sa isang panig. Ang mga uri ng semiconductors ay umiiral at ginagamit sa ngayon.

Istraktura ng zone

Ang mga de-koryenteng at optical properties ng conductors ay dahil sa ang katunayan na kapag ang mga electron punan ang mga antas ng enerhiya sila ay pinaghihiwalay mula sa mga posibleng estado sa pamamagitan ng isang ipinagbabawal na banda. Ano ang mga tampok nito? Ang katotohanan ay walang mga antas ng enerhiya sa ipinagbabawal na zone. Sa tulong ng mga impurities at structural defects, mababago ito. Ang pinakamataas na ganap na puno na lugar ay tinatawag na valence band. Pagkatapos ay sumusunod ang nalutas, ngunit walang laman. Ito ay tinatawag na band ng pagpapadaloy. Ang physics ng semiconductors ay isang nakawiwiling paksa, at sa loob ng balangkas ng artikulo ay maaayos ito.

Ang estado ng mga elektron

Para sa mga ito, ang mga konsepto tulad ng bilang ng pinapayagang banda at ang quasimomentum ay ginagamit. Ang kaayusan ng una ay natutukoy sa pamamagitan ng dispersion law. Sinasabi niya na ang impluwensiya ng enerhiya sa quasimomentum ay nakakaimpluwensya nito. Kaya, kung ang band na valence ay ganap na puno ng mga electron (na may bayad sa semiconductors), pagkatapos ay sasabihin nila na walang elementary excitations dito. Kung para sa ilang kadahilanan ay walang maliit na butil, nangangahulugan ito na mayroong positibong sisingilin na quasiparticle - isang pass o isang butas. Ang mga ito ay mga carrier ng singil sa semiconductors sa valence band.

Bumagsak na mga zone

Ang valence band sa isang tipikal na konduktor ay anim na magkasunod. Ito ay hindi isinasaalang-alang ang pakikipag-ugnayan ng spin-orbit at lamang kapag ang quasimomentum ay zero. Ito ay maaaring hatiin sa ilalim ng parehong kondisyon sa doble at quadruply degenerate zone. Ang distansya ng enerhiya sa pagitan ng mga ito ay tinatawag na spin-orbital splitting enerhiya.

Impurities at defects sa semiconductors

Maaari silang maging electric hindi aktibo o aktibo. Ang paggamit ng dating ay ginagawang posible upang makakuha ng plus o minus na bayad sa semiconductors, na maaaring mabayaran sa pamamagitan ng paglabas ng butas sa valence band o isang elektron sa isinasagawa na zone. Ang di-aktibong mga impurities ay neutral, at medyo maliit ang epekto nito sa mga elektronikong katangian. At kadalasan ito ay maaaring bagay kung ano ang valence ay may mga atoms na makilahok sa paglilipat ng bayad, at ang istraktura ng kristal sala-sala.

Depende sa uri at dami ng mga impurities, ang ratio sa pagitan ng bilang ng mga butas at mga electron ay maaaring magkakaiba. Samakatuwid, ang mga materyales ng semiconductor ay dapat palaging maingat na napili upang makuha ang nais na resulta. Ito ay sinundan ng isang makabuluhang bilang ng mga kalkulasyon, at kasunod na mga eksperimento. Ang mga particle, na karamihan ay tumatawag sa pangunahing carrier ng carrier, ay di-basic.

Ang pinalabas na pagpapakilala ng mga impurities sa semiconductors ay posible upang makakuha ng mga device na may mga kinakailangang katangian. Ang mga depekto sa semiconductors ay maaari ring maging sa isang hindi aktibo o aktibong elektrikal na estado. Mahalaga dito ang paglinsad, interstitial atom at bakante. Ang mga likido at di-kristal na konduktor ay magkakaiba sa reaksiyon sa mga impurities kaysa sa mala-kristal na konduktor. Ang kawalan ng isang mahigpit na istraktura kalaunan ay nagreresulta sa katotohanang ang natanggal na atomo ay tumatanggap ng isa pang valence. Ito ay naiiba mula sa isa na kung saan ito sa una ay natutunaw ang mga koneksyon nito. Atom ito ay nagiging hindi kapaki-pakinabang upang bigyan o maglakip ng isang elektron. Sa kasong ito, ito ay nagiging hindi aktibo, at samakatuwid, ang mga maliliit na semiconductors ay may malaking pagkakataon ng kabiguan. Ito ay humantong sa ang katunayan na ang isa ay hindi maaaring baguhin ang uri ng kondaktibiti sa pamamagitan ng doping at lumikha, halimbawa, isang kantong pn.

Ang ilang mga walang hugis semiconductors ay maaaring baguhin ang kanilang mga elektronikong katangian sa ilalim ng impluwensiya ng doping. Ngunit ito ay naaangkop sa kanila sa isang mas mababang lawak kaysa sa mala-kristal na mga. Ang sensitivity ng mga amorphous elemento sa alloying ay maaaring mapahusay sa pamamagitan ng pagproseso. Sa wakas nais kong tandaan na dahil sa matagal at matitigas na gawa ng mga semiconductors ng impyerno ay kinakatawan pa rin ng maraming mga resulta na may mahusay na mga katangian.

Ang mga istatistika ng mga elektron sa isang semiconductor

Kapag mayroong thermodynamic equilibrium, ang bilang ng mga butas at mga electron ay tinutukoy lamang sa pamamagitan ng temperatura, ang mga parameter ng band na istraktura at ang konsentrasyon ng mga electrically active impurities. Kapag ang ratio ay kinakalkula, ipinapalagay na ang bahagi ng mga particle ay nasa band ng pagpapadaloy (sa antas ng acceptor o donor). Tinitingnan din nito ang katotohanang maaaring iwan ng isang bahagi ang teritoryo ng valentia, at may mga puwang.

Electrical Conductivity

Sa semiconductors, bilang karagdagan sa mga electron, ang mga ions ay maaaring kumilos bilang carrier ng bayad. Subalit ang kanilang koryenteng kondaktibiti ay bale-wala sa karamihan ng mga kaso. Bilang isang pagbubukod, tanging ionic superconductors ang maaaring mahulaan. Sa semiconductors may tatlong pangunahing mekanismo ng electronic transfer:

1. Ang pangunahing zone zone. Sa kasong ito, lumilitaw ang elektron dahil sa isang pagbabago sa enerhiya nito sa loob ng isang pinapayagang lugar.
2. Hopping transfer sa mga naisalokal na estado.
3. Polaronic.

Exciton

Ang isang butas at isang elektron ay maaaring bumuo ng isang nakagapos na estado. Ito ay tinatawag na Wannier-Mott exciton. Sa kasong ito, ang enerhiya ng poton, na tumutugma sa ibabaw ng pagsipsip, ay bumababa sa laki ng halaga ng bono. Na may sapat na intensity na ilaw , ang isang malaking halaga ng excit ay maaaring mabuo sa semiconductors. Tulad ng pagtaas ng kanilang konsentrasyon, nagaganap ang paghalay, at isang likidong elektron-hole ang nabuo.

Ibabaw ng semiconductor

Ang mga salitang ito ay tumutukoy sa maraming atomic na layer, na matatagpuan malapit sa hangganan ng aparato. Ang mga katangian ng ibabaw ay naiiba sa mga bulk. Ang pagkakaroon ng mga layer na ito ay nagkakagulo sa translational simetrya ng kristal. Ito ay humahantong sa tinatawag na mga estado sa ibabaw at mga polariton. Ang pagbuo ng paksa ng huli, dapat din nating ipaalam ang tungkol sa spin at vibrational waves. Dahil sa aktibidad ng kemikal nito, ang ibabaw ay sakop ng isang mikroskopikong layer ng mga dayuhang molecule o mga atom na na-adsorbed mula sa kapaligiran. Tinutukoy nila ang mga katangian ng mga ilang atomic na layer. Sa kabutihang palad, ang paglikha ng ultrahigh vacuum technology, na kung saan ang mga elemento ng semiconductor ay nilikha, ay nagbibigay-daan sa amin upang makakuha at mapanatili ang isang malinis na ibabaw para sa maraming oras, na positibong nakakaapekto sa kalidad ng mga produkto.

Semiconductor. Nakakaapekto ang temperatura ng paglaban

Kapag ang temperatura ng riles ay tumataas, gayon din ang kanilang pagtutol. Sa mga semiconductors ang kabaligtaran ay totoo - sa ilalim ng parehong mga kondisyon ang parameter na ito ay bumaba. Ang punto dito ay ang electrical conductivity ng anumang materyal (at ang katangian na ito ay inversely proporsyonal sa paglaban) ay depende sa singil ng kasalukuyang carrier, ang bilis ng kanilang kilusan sa electric field at ang kanilang mga numero sa isang yunit ng lakas ng tunog ng materyal.

Sa mga sangkap ng semiconductor, habang ang temperatura ay tumataas, ang konsentrasyon ng mga particle ay tataas, dahil dito, ang pagtaas ng thermal kondaktibidad, at ang paglaban ay bumababa. Maaari mong suriin ito kung mayroon kang isang simpleng hanay ng mga batang pisika at ang kinakailangang materyal - silikon o germanyum, maaari ka ring kumuha ng isang semikondaktor na gawa sa kanila. Ang pagpapataas ng temperatura ay magbabawas sa kanilang paglaban. Upang tiyakin na ito, kailangan mong mag-stock up sa mga pagsukat na aparato na magpapahintulot sa iyo upang makita ang lahat ng mga pagbabago. Ito ay nasa pangkalahatang kaso. Tingnan natin ang ilang mga partikular na pagpipilian.

Paglaban at electrostatic ionization

Ito ay dahil sa tunneling ng mga electron na dumadaan sa isang makitid na hadlang, na nagbibigay ng tungkol sa isang-siglo ng isang micrometer. Ito ay matatagpuan sa pagitan ng mga gilid ng mga zone ng enerhiya. Ang hitsura nito ay posible lamang kapag ang mga banda ng enerhiya ay nakatago, na nangyayari lamang sa ilalim ng impluwensiya ng isang malakas na electric field. Kapag nangyayari ang tunneling (na kung saan ay isang quantum-mechanical effect), ang mga electron ay dumaan sa isang makitid na potensyal na hadlang, at ang kanilang lakas ay hindi nagbabago. Nagdudulot ito ng pagtaas sa konsentrasyon ng mga carrier ng singil, parehong sa parehong mga pagpapadaloy at valence band. Kung bumuo tayo ng proseso ng electrostatic ionization, maaaring maganap ang isang breakdown ng tunel ng semiconductor. Sa prosesong ito, magbabago ang paglaban ng mga semiconductor. Ito ay nababaligtad, at sa sandaling patayin ang kuryente, lahat ng proseso ay ibabalik.

Paglaban at epekto ng ionization

Sa kasong ito, ang mga butas at mga electron ay pinabilis habang ang ibig sabihin ng libreng landas sa ilalim ng impluwensiya ng isang malakas na field ng kuryente ay umabot sa mga halaga na nag-aambag sa ionization ng mga atoms at pagkalagot ng isa sa covalent bonds (pangunahing atom o karumihan). Ang shock ionization ay nangyayari bilang avalanche, at ang mga carrier ng pagpaparami ay dumami sa avalanche. Sa kasong ito, ang mga bagong likhang butas at mga electron ay pinabilis sa pamamagitan ng electric current. Ang halaga ng kasalukuyang sa huling resulta ay pinarami ng epekto koalisyon ng ionization, na katumbas ng bilang ng mga pares ng elektron na butas, na nabuo ng carrier ng singil sa isang segment ng landas. Ang pag-unlad ng prosesong ito ay humahantong sa isang pagbagsak ng avalanche ng semiconductor. Ang paglaban ng mga semiconductors ay magkakaiba din, ngunit, tulad ng sa kaso ng breakdown ng tunel, ay nababaligtad.

Ang paggamit ng semiconductors sa pagsasanay

Ang espesyal na kahalagahan ng mga sangkap na ito ay dapat mapapansin sa teknolohiya ng computer. Kami ay halos walang alinlangan na hindi ka interesado sa tanong kung ano ang mga semiconductors, kung hindi para sa pagnanais na mag-isa nang magkakasama ang isang bagay sa kanilang paggamit. Imposibleng isipin ang gawain ng mga modernong refrigerator, telebisyon, monitor ng computer na walang mga semiconductor. Hindi walang mga ito at advanced na pag-unlad ng sasakyan. Ginagamit din ang mga ito sa aerospace engineering. Naiintindihan mo ba kung ano ang mga semiconductor, gaano kahalaga ang mga ito? Siyempre, hindi natin masasabi na ang mga ito ay ang tanging mga elemento na hindi maaaring palitan para sa ating sibilisasyon, ngunit hindi ito dapat bigyang-alang.

Ang paggamit ng semiconductors sa pagsasanay ay dahil sa ilang mga kadahilanan, bukod sa kung saan ang malawak na pagkalat ng mga materyales na kung saan sila ay ginawa, at ang kadalian ng pagpoproseso at pagkuha ng nais na resulta, at iba pang mga teknikal na tampok na ginawa ng pagpili ng mga siyentipiko na binuo electronic na teknolohiya.

Konklusyon

Nakita namin nang detalyado kung ano ang mga semiconductors, kung paano gumagana ang mga ito. Ang kanilang pagtutol ay batay sa mga komplikadong pisikal na proseso. At maaari naming abisuhan ka na ang mga katotohanan na inilarawan sa artikulo ay hindi lubos na nauunawaan kung ano ang semiconductors, para sa simpleng dahilan na kahit na ang agham ay hindi nag-aral ng mga detalye ng kanilang trabaho hanggang sa katapusan. Ngunit alam namin ang kanilang mga pangunahing katangian at katangian, na nagbibigay-daan sa amin na ilapat ang mga ito sa pagsasagawa. Samakatuwid, maaari kang maghanap ng mga materyales na semiconductor at eksperimento sa kanila sa iyong sarili, mag-ingat. Sino ang nakakaalam, marahil isang mahusay na tagapagpananaliksik ay slumbering sa iyo ?!