Apa yang semikonduktor? semikonduktor rintangan

Apakah yang dimaksudkan dengan bahan semikonduktor? Apakah ciri-fiturnya? Apakah fizik semikonduktor? Kerana ia dibina? Apa yang kekonduksian semikonduktor? Apakah ciri-ciri fizikal yang mereka miliki?

Apa yang dipanggil semikonduktor?

Ia merujuk kepada kristal bahan-bahan yang tidak mengalirkan elektrik dengan baik, seperti yang dilakukan oleh logam. Namun angka ini adalah lebih baik daripada adalah penebat. Ciri-ciri ini adalah disebabkan oleh bilangan pembawa mudah alih. Jika kita menganggap, secara umum, wujud lampiran yang kuat kepada nukleus. Walau bagaimanapun, apabila ditadbir dengan konduktor beberapa atom, sebagai contoh, antimoni, yang mempunyai lebihan elektron, kedudukan ini akan diperbetulkan. Apabila menggunakan indium disediakan unsur-unsur dengan cas positif. Semua sifat-sifat ini digunakan secara meluas dalam transistor - alat-alat khas, yang boleh meningkatkan, blok atau lulus semasa dalam satu arah sahaja. Jika kita mengambil kira elemen NPN-jenis, ia boleh diperhatikan jauh menguatkan peranan yang amat penting dalam penghantaran isyarat yang lemah.

ciri reka bentuk yang mempunyai elektrik separa konduktor

Konduktor mempunyai banyak elektron bebas. Penebat ia tidak miliki. Semikonduktor dan juga mengandungi sejumlah elektron bebas dan pas dengan caj positif, yang bersedia untuk menerima zarah dibebaskan. Dan yang paling penting - mereka semua dibawa arus elektrik. Dianggap sebelum ini NPN-jenis transistor - tidak mungkin unsur semikonduktor tunggal. Jadi, terdapat lebih PNP-transistor dan diod.

Jika kita bercakap mengenai pendek lalu, ia merupakan satu elemen yang boleh menghantar isyarat dalam satu arah sahaja. Juga, diod boleh menukar AC ke DC. Apakah mekanisme transformasi ini? Dan mengapa ia bergerak dalam satu arah sahaja? Tidak kira di mana terdapat arus, elektron dan jurang mungkin atau bersurai, atau pergi ke hadapan. Dalam kes pertama kerana bekalan makanan jarak meningkat terganggu, dan oleh itu dihantar pembawa voltan negatif dalam satu arah, iaitu kekonduksian semikonduktor adalah unilateral. Lagipun, semasa boleh dihantar hanya jika zarah konstituen terletak berhampiran. Dan ini adalah mungkin hanya jika bekalan semasa dalam satu tangan. Ini adalah jenis semikonduktor wujud dan digunakan pada masa ini.

struktur jalur

sifat-sifat elektrik dan optik konduktor yang berkaitan dengan hakikat bahawa, semasa mengisi tahap tenaga elektron dipisahkan dari negeri-negeri kemungkinan memberikan nilai jurang itu. Apakah ciri-ciri dia? hakikat bahawa tidak ada tahap memberikan nilai jurang tenaga. Dengan kekotoran dan kecacatan struktur ia boleh diubah. band penuh yang lebih tinggi dipanggil valens. Diikuti dengan resolusi, tetapi kosong. Ia dipanggil jalur konduksi. Fizik semikonduktor - satu topik yang sangat menarik, dan dalam rangka artikel ia juga dilindungi.

keadaan elektron

Ia menggunakan konsep seperti jumlah band yang dibenarkan dan yang seakan-momentum. struktur ditentukan oleh penyebaran pertama. Beliau mengatakan bahawa pada ia memberi kesan kepada pergantungan tenaga quasimomentum itu. Oleh itu, jika jalur valens benar-benar dipenuhi oleh elektron (yang membawa cas dalam semikonduktor a), kita katakan bahawa tidak ada ujaan rendah. Jika atas sebab-sebab tertentu, zarah tidak, ia bermakna bahawa terdapat quasiparticle bercas positif - lulus atau lubang. Mereka adalah pembawa cas dalam semikonduktor dalam jalur valens.

zon merosot

Jalur valens dalam konduktor biasa adalah merosot enam kali ganda. Ini tidak termasuk interaksi spin-orbit dan hanya apabila momentum kristal adalah sifar. Ia boleh melekang di bawah keadaan yang sama untuk band merosot itu dua kali ganda dan empat kali ganda. Jarak di antara tenaga mereka dipanggil tenaga pembelahan spin-orbit.

Kekotoran dan kecacatan dalam semikonduktor

Mereka boleh menjadi elektrik yang tidak aktif atau aktif. Menggunakan pertama membolehkan anda untuk mendapatkan dalam semikonduktor cas positif atau negatif, yang boleh diimbangi oleh kemunculan lubang di jalur valens atau elektron dalam jalur konduksi. kekotoran aktif adalah neutral, dan mereka mempunyai pengaruh yang kecil terhadap sifat-sifat elektronik. Selain itu, ia selalunya boleh menjadi kepentingan adalah valens yang mempunyai atom yang mengambil bahagian dalam proses pemindahan pertuduhan itu, dan struktur kekisi hablur.

Bergantung kepada jenis dan jumlah kekotoran boleh berubah dan nisbah antara bilangan lubang dan elektron. Oleh itu, bahan-bahan semikonduktor sentiasa perlu dipilih dengan teliti untuk mencapai hasil yang dikehendaki. Ini didahului oleh sejumlah besar pengiraan, dan seterusnya eksperimen. Zarah yang paling dipanggil pembawa majoriti, adalah minoriti.

pengenalan dosed kekotoran ke dalam peranti semikonduktor membolehkan untuk mendapatkan ciri-ciri yang dikehendaki. Kecacatan dalam Semiconductors juga mungkin keadaan elektrik yang tidak aktif atau aktif. Penting di sini ialah kehelan, atom celahan dan kekosongan. konduktor cecair dan bukan hablur bertindak balas kekotoran berbeza daripada kristal. Kekurangan struktur tegar akhirnya menyebabkan apa berpindah atom memperoleh valens yang berbeza. Ia akan berbeza dari satu dengan mana ia pada asalnya mengilhami hubungan mereka. Atom menjadi tidak menguntungkan untuk memberi atau melampirkan elektron. Dalam kes sedemikian, ia menjadi aktif dan, oleh itu, semikonduktor junub mempunyai lebih peluang untuk kegagalan. Ini membawa kepada hakikat bahawa ia adalah mustahil untuk menukar jenis kekonduksian melalui doping dan untuk membuat, sebagai contoh, p-n-simpang.

Beberapa semikonduktor amorfus boleh mengubah sifat elektronik mereka di bawah pengaruh dadah. Tetapi ia merawat mereka untuk tahap yang lebih rendah daripada kristal. Kepekaan kepada doping elemen amorfus boleh diperbaiki dengan pemprosesan. Akhirnya, ia perlu dinyatakan bahawa disebabkan kerja-kerja semikonduktor junub panjang dan keras namun membentangkan beberapa ciri-ciri dengan keputusan yang baik.

Statistik elektron dalam semikonduktor

Apabila terdapat keseimbangan termodinamik, bilangan lubang dan elektron ini telah dipilih secara eksklusif oleh suhu parameter struktur jalur dan kepekatan kekotoran elektrik aktif. Apabila nisbah dikira, ia dipercayai bahawa beberapa zarah akan berada dalam jalur konduksi (dalam penerima atau penderma peringkat). Juga diambil kira hakikat bahawa bahagian yang boleh meninggalkan wilayah valens, dan tidak terbentuk jurang.

kekonduksian

Dalam semikonduktor, selain elektron sebagai pembawa cas boleh melakukan dan ion. Tetapi kekonduksian elektrik mereka dalam kebanyakan kes diabaikan. Satu-satunya superprovodniki ionik boleh menyebabkan pengecualian. Semikonduktor tiga utama mekanisme pemindahan elektron:

1. Zon utama. Dalam kes ini, elektron dalam pergerakan yang disebabkan oleh perubahan tenaga dalam kawasan yang dibenarkan.
2. Melompat pengangkutan negeri setempat.
3. Polaron.

exciton

lubang dan elektron boleh membentuk keadaan terikat. Ia dipanggil Wannier-Mott. Dalam kes ini tenaga foton, yang sepadan dengan kelebihan penyerapan jatuh pada magnitud resolusi gandingan. Dengan mencukupi keamatan cahaya dalam semikonduktor boleh membentuk jumlah hujan yang excitons. Dengan peningkatan dalam kepekatan pekat dan menjadi elektron-lubang cecair mereka.

Permukaan semikonduktor

Kata-kata ini menunjukkan beberapa lapisan atom, yang terletak berhampiran sempadan peranti. sifat-sifat permukaan yang berbeza dari sebahagian besar. Kehadiran lapisan ini memecah simetri translasi kristal. Ini membawa kepada keadaan permukaan yang dipanggil dan polaritons. Membangunkan tema yang kedua, perlu lebih untuk memberitahu dan tentang spin dan gelombang getaran. Oleh kerana aktiviti kimia bersembunyi lapisan permukaan mikroskopik luar molekul atau atom yang telah terjerap dari alam sekitar. Mereka juga menentukan sifat-sifat daripada beberapa lapisan atom. Nasib baik, penciptaan teknologi vakum ultra-tinggi, yang merupakan komponen semikonduktor, membolehkan untuk mendapatkan dan mengekalkan untuk beberapa jam, permukaan bersih, yang memberi kesan positif kepada kualiti produk.

Semiconductor. Suhu memberi kesan rintangan

Apabila suhu meningkat logam, dan meningkatkan daya tahan mereka. Dengan semikonduktor, sebaliknya adalah benar - di bawah keadaan yang sama, pilihan ini mereka akan berkurangan. Titik di sini adalah bahawa pengaliran elektrik dalam apa-apa bahan (dan ciri-ciri ini berkadar songsang dengan rintangan) bergantung kepada sama ada pertuduhan itu pembawa arus yang, pada kelajuan pergerakan dalam bidang elektrik, dan daripada jumlah mereka dalam unit isipadu bahan.

Unsur-unsur semikonduktor bertambah apabila suhu meningkatkan kepekatan zarah, dengan itu meningkatkan kekonduksian terma dan rintangan berkurangan. Anda boleh menyemak ini dengan kehadiran ahli fizik mudah set muda dan bahan yang diperlukan - silikon atau germanium, juga boleh diambil dan diperbuat daripada semikonduktor mereka. Peningkatan suhu akan mengurangkan ketahanan mereka. Untuk mengesahkan ini, anda perlu untuk menyimpan pada alat pengukur yang akan menyaksikan semua perubahan. Secara keseluruhannya, ini adalah kes itu. Mari kita lihat beberapa penjelmaan tertentu.

Rintangan dan pengionan elektrostatik

Ini adalah disebabkan oleh terowong elektron melalui halangan yang sangat sempit yang menyediakan kira-kira satu per seratus mikrometer. Ia terletak di antara tepi band tenaga. rupanya hanya boleh dilakukan apabila dibengkokkan band tenaga, yang berlaku hanya di bawah pengaruh medan elektrik yang kuat. Apabila terowong berlaku (iaitu kesan mekanik kuantum), elektron melalui halangan yang berpotensi adalah sempit, dan ia tidak mengubah tenaga mereka. Ini memerlukan peningkatan dalam kepekatan pembawa cas, dan dalam kedua-dua zon: konduksi dan valens. Jika proses ini adalah untuk membangunkan pengionan elektrostatik, ada boleh menjadi pecahan terowong semikonduktor. Semasa proses ini, ia akan menukar rintangan semikonduktor. Ia boleh balik, dan sebaik sahaja medan elektrik dimatikan, semua proses dipulihkan.

Rintangan dan kesan pengionan

Dalam kes ini, lubang-lubang dan elektron yang dipercepatkan sehingga diuji laluan bebas di bawah pengaruh medan elektrik yang kuat kepada nilai-nilai yang menyumbang kepada pengionan atom dan pecah salah satu daripada ikatan kovalen (rendah atau atom bendasing). Kesan pengionan berlaku seperti runtuhan salji dan ia runtuhan pembawa cas berganda. Oleh itu lubang-lubang baru diwujudkan dan elektron dipercepatkan oleh arus elektrik. Nilai semasa dalam keputusan akhir didarabkan dengan pekali pengionan kesan, yang merupakan bilangan pasangan elektron-lubang yang terbentuk pada salah satu segmen jalan pembawa cas. Pembangunan proses ini akhirnya membawa kepada kerosakan semikonduktor runtuhan. Rintangan semikonduktor juga berubah, tetapi, seperti dalam kes pecahan terowong, boleh balik.

Penggunaan semikonduktor dalam amalan

Kepentingan tertentu unsur-unsur ini harus diperhatikan dalam teknologi komputer. Hampir tidak ada keraguan bahawa anda tidak akan berminat dalam persoalan apakah semikonduktor, jika tidak keinginan untuk bebas meningkatkan subjek dengan penggunaannya. Ia adalah mustahil untuk membayangkan tugas peti sejuk moden, set televisyen, monitor komputer tanpa semikonduktor. Tidak boleh melakukan tanpa mereka, dan kejuruteraan automotif maju. Ia juga digunakan dalam teknologi penerbangan dan ruang. Memahami apa semikonduktor, bagaimana pentingnya mereka? Sudah tentu, kita tidak boleh mengatakan bahawa ia adalah hanya unsur-unsur penting dalam tamadun kita, tetapi juga memandang rendah mereka tidak bernilai.

Penggunaan semikonduktor dalam amalan, kerana lebih dan beberapa faktor, antaranya meluas bahan-bahan dari mana ia dibuat, dan kemudahan pemprosesan dan untuk mendapatkan hasil yang diingini, dan ciri-ciri teknikal lain yang membuat pilihan para saintis yang bekerja pada peralatan elektronik, berhenti mereka.

kesimpulan

Yang telah kita kaji secara terperinci apa semikonduktor, bagaimana mereka bekerja. Asas penentangan mereka meletakkan proses fizikal dan kimia yang kompleks. Dan anda boleh melihat bahawa fakta-fakta yang tidak memberi sebagaimana dimaksud dalam Pasal memahami sepenuhnya bahawa semikonduktor itu, atas sebab yang mudah bahawa sains telah tidak dikaji keunikan kerja mereka ke akhir. Tetapi kita tahu sifat-sifat dan ciri-ciri asas mereka, yang membolehkan kita untuk meletakkan mereka ke dalam amalan. Oleh itu, anda boleh mencari bahan-bahan dan semikonduktor untuk bereksperimen dengan mereka, berhati-hati. Siapa tahu, mungkin dalam anda terlelap penyelidik hebat!