Типи напівпровідників, додатки та приклади

The напівпровідники вони є елементами, що вибірково виконують функцію провідників або ізоляторів, залежно від зовнішніх умов, до яких вони піддаються, наприклад температури, тиску, радіації та магнітних або електричних полів.

У періодичній таблиці присутні 14 напівпровідникових елементів, серед яких кремній, германій, селен, кадмій, алюміній, галій, бор, індій і вуглець. Напівпровідники є кристалічними твердими речовинами з середньою електричною провідністю, тому їх можна використовувати подвійним способом як провідник і ізолятор.

Якщо вони використовуються в якості провідників, то за певних умов умови допускають циркуляцію електричного струму, але тільки в одному напрямку. Крім того, вони не мають високої провідності, як у провідних металів.

Напівпровідники використовуються в електронних додатках, особливо для виготовлення таких компонентів, як транзистори, діоди та інтегральні схеми. Вони також використовуються як аксесуари або аксесуари для оптичних датчиків, таких як твердотільні лазери, і деякі енергетичні пристрої для систем передачі електроенергії..

В даний час цей тип елементів використовується для технологічних розробок в області телекомунікацій, систем управління і обробки сигналів, як у побутовому, так і в промисловому застосуванні..

Індекс

• 1 Типи
  • 1.1 Власні напівпровідники
  • 1.2 Зовнішні напівпровідники
• 2 Характеристики
• 3 Програми
• 4 Приклади
• 5 Посилання

Типи

Існують різні типи напівпровідникових матеріалів, залежно від наявних домішок і їх фізичної реакції на різні екологічні подразники.

Внутрішні напівпровідники

Це ті елементи, молекулярна структура яких складається з одного типу атома. Серед таких типів власних напівпровідників є силіко і германій.

Молекулярна структура власних напівпровідників чотиригранна; тобто вона має ковалентні зв'язки між чотирма оточуючими атомами, як представлено на зображенні нижче.

Кожен атом власного напівпровідника має 4 валентні електрони; тобто 4 електрона, що обертаються навколо зовнішнього шару кожного атома. У свою чергу, кожен з цих електронів утворює зв'язки з сусідніми електронами.

Таким чином, кожен атом має 8 електронів у своєму найбільш поверхневому шарі, який утворює солідний союз між електронами та атомами, що складають кристалічну решітку..

Через цю конфігурацію електрони не рухаються легко в структурі. Таким чином, в стандартних умовах власні напівпровідники ведуть себе як ізолятор.

Проте провідність власного напівпровідника зростає, коли температура підвищується, оскільки деякі валентні електрони поглинають теплову енергію і відокремлюються від зв'язків..

Ці електрони стають вільними електронами і, якщо їх належним чином враховують різницею електричного потенціалу, вони можуть сприяти циркуляції струму в кристалічній решітці.

У цьому випадку вільні електрони переходять до зони провідності і переходять до позитивного полюса потенційного джерела (наприклад, батареї).

Рух валентних електронів індукує вакуум в молекулярній структурі, що перетворюється на ефект, подібний до того, який дасть позитивний заряд в системі, тому вони розглядаються як носії позитивного заряду..

Потім має місце зворотний ефект, оскільки деякі електрони можуть впасти з смуги провідності до тих пір, поки валентний шар не вивільняє енергію в процесі, який отримує назву рекомбінації..

Зовнішні напівпровідники

Вони узгоджуються шляхом включення домішок у власні провідники; тобто шляхом включення тривалентних або пентавалентних елементів.

Цей процес відомий як легування і спрямований на підвищення провідності матеріалів, поліпшення фізичних і електричних властивостей цих.

Замінюючи внутрішній напівпровідниковий атом на атом іншого компонента, можна отримати два типи зовнішніх напівпровідників, які детально описані нижче.

Напівпровідник типу Р

У цьому випадку домішка є тривалентним напівпровідниковим елементом; тобто з трьома (3) електронами в його валентній оболонці.

Інтрузивні елементи в структурі називаються елементами допінгу. Прикладами цих елементів для напівпровідників типу P є бор (B), галій (Ga) або індій (In).

Не маючи валентного електрона для формування чотирьох ковалентних зв'язків власного напівпровідника, напівпровідник Р-типу має розрив у відсутньому ланці.

Це робить проходження електронів, які не належать до кристалічної мережі, через це отвір позитивного носія заряду.

Завдяки позитивному заряду розриву ланки цей тип провідників називається буквою "P" і, отже, вони визнаються акцепторами електронів..

Потік електронів через зазори зв'язку утворює електричний струм, що протікає в протилежному напрямку до струму, отриманого від вільних електронів..

Напівпровідник типу N

Інтрузивний елемент в конфігурації задається пентавалентними елементами; тобто ті, що мають п'ять (5) електронів у валентній зоні.

У цьому випадку домішки, які включені в власний напівпровідник, є такими елементами, як фосфор (P), сурма (Sb) або миш'як (As).

Допанти мають додатковий валентний електрон, який, не маючи ковалентного ланки для приєднання, автоматично вільно переміщається через кристалічну мережу.

При цьому електричний струм циркулює через матеріал завдяки надлишку вільних електронів, що забезпечується легуючою домішкою. Тому напівпровідники N-типу вважаються донорами електронів.

Особливості

Напівпровідники характеризуються своєю подвійною функціональністю, енергоефективністю, різноманітністю застосування та низькою вартістю. Найбільш видатні характеристики напівпровідників описані нижче.

- Його реакція (провідник або ізолятор) може змінюватися в залежності від чутливості елемента до освітлення, електричних полів і магнітних полів середовища.

- Якщо напівпровідник піддається низькій температурі, електрони будуть утримуватися разом у валентній зоні і, отже, вільних електронів для циркуляції електричного струму не виникне. 

Навпаки, якщо напівпровідник піддається впливу високих температур, теплова вібрація може впливати на міцність ковалентних зв'язків атомів елемента, залишаючи вільні електрони для електричної провідності..

- Провідність напівпровідників змінюється в залежності від частки домішок або елементів легування всередині власного напівпровідника.

Наприклад, якщо 10 атомів бору включені в мільйон атомів кремнію, це відношення збільшує електропровідність сполуки в тисячу разів порівняно з електропровідністю чистого кремнію..

- Провідність напівпровідників змінюється в діапазоні від 1 до 10^-6 С.см^-1, залежно від типу використовуваного хімічного елемента.

- Складові або зовнішні напівпровідники можуть мати оптичні та електричні властивості, які значно перевершують властивості власних напівпровідників, прикладом цього є арсенід галію (GaAs), що використовується переважно в радіочастотному та інших застосуваннях оптоелектронних застосувань..

Програми

Напівпровідники широко використовуються як сировина при складанні електронних елементів, які є частиною нашого повсякденного життя, наприклад, інтегральних схем.

Одним з основних елементів інтегральної схеми є транзистори. Ці пристрої виконують функцію забезпечення вихідного сигналу (коливального, посиленого або випрямленого) відповідно до конкретного вхідного сигналу.

Крім того, напівпровідники також є первинним матеріалом діодів, що використовуються в електронних схемах для забезпечення проходження електричного струму тільки в одному напрямку.

Для проектування діодів утворюються зовнішні напівпровідникові з'єднання типу Р і тип N. За допомогою змінних елементів несучих і донорів електронів активується механізм балансування між обома зонами..

Таким чином, електрони і отвори в обох зонах перетинаються і доповнюють один одного, де це необхідно. Це відбувається двома способами:

- Відбувається перенесення електронів з N-зони в зону Р. Зона N-типу отримує переважно позитивну зону навантаження..

- Подано проходження електронно-несучих отворів з зони типу P до зони N-типу, зона П-типу набуває переважно негативний заряд.

Нарешті, створюється електричне поле, яке індукує циркуляцію струму тільки в одному напрямку; тобто від зони N до зони P.

Крім того, використовуючи комбінації власних і зовнішніх напівпровідників, можна виробляти пристрої, які виконують функції, подібні до вакуумної трубки, яка містить її об'єм в сотні разів.

Цей тип застосувань застосовується до інтегральних мікросхем, таких як мікропроцесорні мікросхеми, які охоплюють значну кількість електричної енергії.

Напівпровідники присутні в електронних пристроях, які ми використовуємо в нашому повсякденному житті, такі як обладнання коричневої лінії, наприклад, телевізори, відеоплеєри, звукове обладнання; комп'ютери та мобільні телефони.

Приклади

Найбільш часто використовуваним напівпровідником в електронній промисловості є кремній (Si). Цей матеріал присутній в пристроях, які складають інтегральні схеми, які є частиною нашого повсякденного життя.

Германій і кремнієві сплави (SiGe) використовуються в високошвидкісних інтегральних схемах для радарів і підсилювачів електричних інструментів, таких як електричні гітари.

Іншим прикладом напівпровідника є арсенід галію (GaAs), широко використовуваний в підсилювачах сигналів, зокрема сигнали з високим коефіцієнтом посилення і низьким рівнем шуму.

Список літератури

1. Брайан, М. (с.ф.) Як працюють напівпровідники. Отримано з: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Внутрішні та зовнішні напівпровідники. Отримано з: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Напівпровідник. Отримано з: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Лондон, Велика Британія. Отримано з: britannica.com
5. Що таке напівпровідники? (s.f.). © Корпорація Hitachi High-Technologies. Отримано з: hitachi-hightech.com
6. Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2018). Напівпровідник. Отримано з: en.wikipedia.org