Полупроводнички материјали: полупроводнички примјери

У нашем чланку ћемо размотрити примере полупроводника, њихова својства и сфере примене. Ови материјали имају своје место у радио инжењерству и електроници. Они су нешто између диелектрика и диригента. Иначе, једноставно стакло се може сматрати и полуводичем - у нормалном стању не проводи струју. Али уз снажно загревање (скоро до течног стања), својства се мењају и стакло постаје диригент. Али ово је изузетан пример, за друге материјале све је мало другачије.

Главне карактеристике полупроводника

Индекс проводљивости је око 1000 Охм * м (на температури од 180 степени). У поређењу са металима, полупроводници се смањују у проводљивости са повећањем температуре. Диелектрици имају исту имовину. Полупроводнички материјали имају прилично јаку зависност индекса специфичне проводљивости од количине и врсте нечистоћа.

На пример, ако уведемо само хиљадити део арсена у чисти германијум, проводљивост ће се повећати за око 10 пута. Без изузетка, полупроводници су осетљиви на спољне утицаје - нуклеарно зрачење, светлост, електромагнетска поља, притисак итд. разних једињења ових супстанци.

Карактеристике употребе полупроводника

Због чињенице да полуводички материјали имају такве специфичне особине, они су прилично распрострањени. Користе се за израду диода, транзистора, триака, ласера, тиристора, сензора притиска, магнетних поља, температура, итд. Коришћењем полупроводника постигнуте су такве мале димензије опреме - нема потребе за употребом масивних извора напајања и радио-цевчица величине 1,5 литре.

Струја у полупроводницима

Код проводника, струја се одређује према томе где се слободни електрони крећу. Постоји много слободних електрона у полуводичким материјалима, за то постоје разлози. Сви валентни електрони који постоје у полупроводнику нису слободни, јер су везани за своје атоме.

У полупроводницима, струја се може појавити и варирати унутар прилично широких граница, али само ако постоји вањски утјецај. Струја се мења током загревања, зрачења, уношења нечистоћа. Сви ефекти могу значајно повећати енергију валентних електрона, што доприноси њиховом одвајању од атома. И примењени напон узрокује да се ови електрони крећу у одређеном правцу. Другим речима, ови електрони постају тренутни носиоци.

Рупе у полупроводницима

Са повећањем температуре или интензитета вањског зрачења долази до повећања броја слободних електрона. Сходно томе, струја се повећава. Ти атоми у супстанци која је изгубила електроне постају позитивни јони, не мичу се. Са вањске стране атома из којег је електрон напустио, остаје рупа. У њему се може појавити други електрон, који је напустио своје мјесто у близини атома. Као резултат, на вањском дијелу сусједног атома формира се рупа - она ​​се претвара у ион (позитиван).

Ако се напон примени на полупроводник, онда ће електрони почети да се крећу од једног до другог атома у одређеном правцу. Рупе ће почети да се крећу у супротном смеру. Рупа је позитивно наелектрисана честица. Штавише, набој у свом модулу је исти као и код електрона. Помоћу ове дефиниције могуће је значајно поједноставити анализу свих процеса који се јављају у полуводичком кристалу. Струја отвора (означена са _Д ) је кретање честица у правцу супротном кретању електрона.

Електронска рупа

Полупроводник има два типа електричне проводљивости - електрон и рупу. У чистим полупроводницима (без нечистоћа) рупе и електрони имају исту концентрацију (Н _Д и Н _Е, редом). Из тог разлога, ова електрична проводљивост се назива исправном. Укупна тренутна вредност ће бити једнака:

И = И _П + И _Д.

Али ако узмемо у обзир чињеницу да електрони имају већу покретљивост од рупа, можемо доћи до следеће неједнакости:

И _Е > И _Д.

Покретљивост набоја означена је словом М, што је једно од главних својстава полуводича. Мобилност је однос два параметра. Прва је брзина кретања носиоца набоја (означена словом В са индексом "Е" или "Д", у зависности од типа носиоца), друга је јачина електричног поља (означена словом Е). Може се изразити као формуле:

М _е = (В _е / е).

М _Д = (В _Д / Е).

Мобилност вам омогућава да одредите пут којим рупа или електрон путује у једној секунди при вредности од 1 В / цм. Сада можете израчунати свој тренутни полуводички материјал:

И = Н * е * (М _Е + М _Д ) * Е.

Али треба напоменути да имамо једнакост:

В _е = М _е .

Н = Н _Е = Н _Д.

Слово е у формули је означено са набој електрона (ово је константна вриједност).

Полупроводнички уређаји

Можете одмах дати примере полупроводничких уређаја - то су транзистори, тиристори, диоде, па чак и микро-кругови. Наравно, ово није комплетна листа. Да бисте направили полупроводнички уређај, морате користити материјале који имају рупу или електронску проводљивост. Да би се добио такав материјал, потребно је увести адитив у идеално чист полупроводник са концентрацијом нечистоће мању од 10 ^-11 % (назива се допинг нечистоћа).

Оне нечистоће чија је валенција већа од оне полупроводника, дају слободне електроне. Ове нечистоће се називају донатори. Али они чија је валенција мање од полупроводника, имају тенденцију да хватају и држе електроне. Зову се акцептори. Да би се добио полупроводник, који ће имати само проводљивост електронског типа, довољно је увести супстанцу у почетни материјал, чија валенција ће бити само још једна јединица. За примјер полуводича у школској физици, сматра се германијум - његова валенца је 4. Додаје донор - фосфор или антимон - за њих је валенција пет. Неколико је полупроводничких метала, практично се не користе у технологији.

У овом случају, 4 електрона у сваком атому успостављају четири парове (ковалентне) везе са германијумом. Пети електрон нема такву везу, што значи да је у слободном стању. Ако се на њега примени напон, он ће формирати електронску струју.

Струје у полупроводницима

Када је струја електрона већа од рупа, полуводич се назива н-тип (негатив). Размотримо један пример - мала нечистоћа акцептора уноси се у савршено чист германијум (рецимо, бор). У исто време, сваки атом акцептора ће почети да се поставља ковалентне везе са германијумом. Али четврти атом германијума нема везе са бором. Према томе, одређени број атома германија ће имати само један електрон без везе ковалентног типа.

Али само мали утицај споља је довољан да електрони почну да напуштају своја места. У овом случају, германијум је формирао рупе.

Из слике се може видети да на 2, 4 и 6 атома слободни електрони почињу да се прикључују бору. Из тог разлога, у полупроводнику се не ствара струја. Рупе са бројевима 1, 3 и 5 формирају се на површини атома германијума - користе се за пренос електрона из суседних атома на њих. У потоњем, рупе почињу да се појављују, док електрони одлазе од њих.

Свака рупа која настане ће почети да прелази између атома германијума. Када су изложени стресу рупе почињу да се крећу уредно. Другим речима, у материјалу се појављује струја рупе. Овај тип полупроводника назива се п-тип или полупроводник. Када су изложени напону, не само да се крећу електрони, већ и рупе - наилазе на различите препреке на свом путу. У овом случају долази до губитка енергије, одступања од оригиналне путање. Другим речима, носач набоја се расипа. Све је то због чињенице да полупроводник садржи нечистоће.

Карактеристика волт-ампера

Нешто горе су разматрани примери полупроводничких супстанци које се користе у савременој технологији. Сви материјали имају своје карактеристике. Посебно, једно од кључних својстава је нелинеарност струјно-напонске карактеристике.

Другим речима, када се повећа напон који се примењује на полуводич, долази до брзог повећања струје. Отпор се нагло смањује. Ово својство се користи у разним одводницима вентила. Примери неуређених полупроводника могу се детаљније размотрити у стручној литератури, њихова употреба је строго ограничена.

Добар примјер: када одводник има радну вриједност напона, отпор је висок, тако да струја не тече од далековода до тла. Али чим удари гром у жицу или носач, отпор се врло брзо смањује на готово нулу, сва струја улази у земљу. Напон пада на нормалу.

Симметриц ЦВЦ

Када се промени поларитет напона, струја у полупроводнику почиње да тече у супротном смеру. И мења се у складу са истим законом. Ово сугерише да полуводички елемент има симетричну струјну струју. У случају да један део елемента има тип рупе, а други је електронски, тада се на интерфејсу њиховог контакта појављује пн спој (електрон-рупа). Такви прелази су доступни у свим елементима - транзисторима, диодама, микроконтролерима. Али само у чиповима на једном чипу одједном се монтира неколико транзистора - понекад је њихов број већи од десет.

Како се одвија транзиција?

А сада погледајмо како настаје формирање пн-транзиције. Ако контакт рупе и електронских полупроводника није јако добар, тада се формира систем који се састоји од два региона. Једна ће имати рупу проводљивости, а друга електронска.

Електрони који се налазе у н-региону ће почети да се шире тамо где је њихова концентрација мања - то јест, у п-регион. Истовремено са електронима, рупе се померају, али њихов смер је супротан. Уз међусобну дифузију долази до смањења концентрације у н-региону електрона иу п-региону рупа.

Главно својство пн споја

Узимајући у обзир примере проводника, полупроводника и диелектрика, може се разумети да су њихове особине различите. На пример, главни квалитет полупроводника је способност проласка струје само у једном смеру. Из тог разлога, уређаји направљени помоћу полупроводника се широко користе у исправљачима. У пракси, употребом неколико мерних уређаја, може се видети рад полупроводника и проценити маса параметара, како у стању мировања тако и под утицајем спољашњих "подражаја".