Što su poluvodiči? Otpornost poluvodiča

Što je poluvodički materijal? Koje su njegove značajke? Što je fizika poluvodiča? Kako se grade? Što je vodljivost poluvodiča? Kakvi fizički pokazatelji imaju?

Što se zove poluvodiči?

Zato označite kristalne materijale koji ne provode električnu energiju, kao i metale. Ipak, ovaj pokazatelj je bolji od izolatora. Takve karakteristike rezultat su broja mobilnih operatera. Ako uzmemo u obzir općenito, onda postoji jaka vezanost za jezgre. Ali, kada se u vodiču uvede nekoliko atoma, antimona, koja ima višak elektrona, ta će pozicija biti ispravljena. Kada se koristi indij, dobivaju se elementi s pozitivnim nabojem. Sve su ove osobine naširoko korištene u tranzistorima - posebnim uređajima koji mogu pojačati, blokirati ili proći struju u samo jednom smjeru. Ako uzmemo u obzir element NPN tipa, možemo primijetiti značajnu ulogu za jačanje, što je osobito važno u prijenosu slabih signala.

Strukturne značajke koje električni poluvodiči posjeduju

Dirigenti imaju mnogo slobodnih elektrona. Izolatori ih praktički nemaju. Poluvodiči također sadrže određeni broj slobodnih elektrona, i praznine s pozitivnim nabojem, koje su spremne prihvatiti oslobođene čestice. I što je najvažnije - svi ponašaju električna struja. Vrsta NPN tranzistora koja se smatra ranije nije jedini mogući poluvodički element. Dakle, postoje PNP-tranzistori, kao i diode.

Govoreći o potonjem ukratko, to je takav element da može prenijeti signale u samo jednom smjeru. Također, dioda može pretvoriti izmjeničnu struju u konstantnu. Koji je mehanizam ove transformacije? I zašto se kreće samo u jednom smjeru? Ovisno o tome odakle struja potječe, elektroni i propusti mogu se odvojiti ili prijeći naprijed. U prvom slučaju, zbog povećana ponuda hrane udaljenost je prekinuta, a time se prenose nositelji negativnog napona samo u jednom smjeru, a to je vodljivost poluvodiča je jednostrana. Uostalom, struja se može prenijeti samo ako su sastavne čestice blizu. A to je moguće samo kad je napajanje s jedne strane. Ove vrste poluvodiča postoje i trenutno su u uporabi.

Struktura zone

Električna i optička svojstva vodiča povezana su s činjenicom da kada elektroni napunjuju razinu energije oni su odvojeni od mogućih stanja od strane zabranjenog pojasa. Koje su njegove značajke? Činjenica je da u zabranjenoj zoni nema razina energije. Pomoću nečistoća i strukturnih nedostataka to se može promijeniti. Najviša popunjena zona zove se valentni pojas. Zatim slijedi riješeni, ali prazni. To se naziva provodnim pojasom. Fizika poluvodiča je vrlo zanimljiva tema, au okviru članka bit će dobro pokriveno.

Stanje elektrona

Za to se koriste koncepti kao što su broj dozvoljenog pojasa i kvazimomentum. Struktura prvog određuje se zakonom o disperziji. On kaže da na njega utječe na energetsku ovisnost quasimomentum. Dakle, ako je valentni pojas je potpuno popunjena elektronima (koji nose naboj u poluvodiča), možemo reći da ne postoje elementarni pobuđenja. Ako iz nekog razloga, čestice nisu, to znači da postoji pozitivno nabijeni quasiparticle - prolaze ili rupa. Oni su nabojni nosači u poluvodičima u valenciji.

Degenerirane zone

Valentna vrpca u tipičnom dirigentu je šesterostruko degenerirana. Ovo je bez uzimanja u obzir interakcije spin-orbita i samo kada je kvazimomentum nula. Može se podijeliti pod istim uvjetima u dvostruko i četverostruko degenerirane zone. Energetska udaljenost između njih se naziva energija cijepanja spin-orbita.

Nečistoće i oštećenja poluvodiča

Oni mogu biti električki neaktivni ili aktivni. Korištenje prvog omogućava dobivanje plus ili minus naboja u poluvodičima, što se može nadoknaditi pojavom rupa u valentnom pojasu ili elektronu u provedenoj zoni. Neaktivne nečistoće su neutralne i imaju relativno mali utjecaj na elektronska svojstva. Često je važno što imaju atome valence, koji sudjeluju u prijenosu naboja i strukture kristalna rešetka.

Ovisno o vrsti i količini nečistoća, omjer broja rupa i elektrona također može varirati. Stoga se poluvodički materijali uvijek moraju pažljivo odabrati kako bi se dobio željeni rezultat. To prethodi značajan broj izračuna i naknadnih eksperimenata. Čestice, koje većina zovu glavni nosioci naboja, nisu osnovni.

Doslovno uvođenje nečistoća u poluvodiče omogućava dobivanje uređaja s traženim svojstvima. Nedostaci u poluvodičima također mogu biti u neaktivnom ili aktivnom električnom stanju. Ovdje je važna dislokacija, intersticijski atom i prazno mjesto. Tekući i ne-kristalni vodiči različito reagiraju na nečistoće od kristalnih vodiča. Odsutnost krute strukture u konačnici rezultira činjenicom da rasutjeni atom prima drugu valenciju. Bit će drugačiji od onog s kojim u početku zasićuje svoje veze. Atom postaje neisplativo dati ili pričvrstiti elektron. U tom slučaju postaje neaktivan, pa stoga poluvodiči nečistoće imaju velike šanse za neuspjeh. To dovodi do činjenice da ne može promijeniti vrstu provodljivosti dopingom i stvoriti, na primjer, pn spoj.

Neki amorfni poluvodiči mogu promijeniti svoje elektronsko svojstvo pod utjecajem dopinga. Ali ovo se odnosi na njih u mnogo manjem stupnju nego na kristalinične. Osjetljivost amorfnih elemenata na legiranje može se poboljšati obradom. Na koncu, želim napomenuti da zbog dugih i teških nečistoća poluvodiči još uvijek predstavljaju niz rezultata s dobrim karakteristikama.

Statistika elektrona u poluvodiču

Kada je termodinamička ravnoteža, broj rupa i elektrona određuje se isključivo temperaturom, parametrima strukture trake i koncentracijom električki aktivnih nečistoća. Kad se izračunava omjer, pretpostavlja se da će dio čestica biti u traci vodljivosti (na razini akceptora ili donora). Također uzima u obzir činjenicu da neki mogu napustiti valentni teritorij, a postoje praznine.

Električna vodljivost

U poluvodičima, pored elektrona, ioni mogu djelovati kao nosači naboja. Ali njihova električna provodljivost je u većini slučajeva zanemariva. Iznimno, mogu se navesti samo ionski supravodići. U poluvodičima postoje tri glavna mehanizma elektroničkog prijenosa:

1. Glavna zona. U ovom slučaju, elektron se pokreće zbog promjene svoje energije unutar jednog dopuštenog područja.
2. Skakanje preko lokaliziranih stanja.
3. Polaronskog.

eksiton

Rupa i elektron mogu stvoriti vezanu državu. To se zove Wannier-Mott exciton. U ovom slučaju, energija fotona, koja odgovara rubu apsorpcije, smanjuje se za veličinu vrijednosti veze. S dovoljno intenzitet svjetlosti U poluvodičima se može formirati značajan broj excitona. Kako se njihova koncentracija povećava, dolazi do kondenzacije i formira se tekućina u elektronu.

Površina poluvodiča

Ove riječi ukazuju na nekoliko atomskih slojeva, koji se nalaze u blizini granice uređaja. Svojstva površine razlikuju se od rasutih. Prisutnost tih slojeva razbija translacijsku simetriju kristal. To dovodi do takozvanih površinskih stanja i polaritona. Razvijanje teme potonjeg, trebali bismo također obavijestiti o spin i vibracijskim valovima. Zbog svog kemijskog djelovanja krije mikroskopske površinskog sloja izvan molekula ili atoma koji su adsorbiranih iz okoliša. Oni određuju svojstva onih nekoliko atomskog sloja. Srećom, stvaranje ultra-visoke vakuumske tehnologije, u kojoj su poluvodičke komponente, omogućuje postizanje i održavanje za nekoliko sati, čistu površinu, što pozitivno utječe na kvalitetu proizvoda.

Poluvodiča. Temperatura utječe na otpor

Kada se temperatura metala povećava, tako je i njihov otpor. S poluvodičima je suprotno - pod istim uvjetima ovaj parametar će se smanjiti s njima. Stvar je u tome da je električna vodljivost u bilo koji materijal (i to svojstvo obrnuto razmjerna otporu) ovisi o tome je li struja punjenja nositelji su, na brzinu kretanja u električnom polju, a njihov broj u jedinici volumena materijala.

U poluvodičkim elementima, kada temperatura raste, koncentracija čestica se povećava, zbog toga se povećava toplinska vodljivost, a otpor se smanjuje. To možete provjeriti ako imate jednostavan set mlade fizike i potrebnog materijala - silicija ili germanija, a također možete uzeti i poluvodič od njih. Povećanje temperature smanjuje njihov otpor. Kako biste bili sigurni u to, trebate zalihe na mjernim uređajima koji će vam omogućiti da vidite sve promjene. Ovo je obično slučaj. Pogledajmo nekoliko posebnih opcija.

Otpornost i elektrostatska ionizacija

To je zbog tuneliranja elektrona prolazi kroz vrlo uzak barijere koja pruža oko jednu stotinku mikrometra. Nalazi se između rubova energetskih zona. Njegov izgled je moguć samo kada su energetski pojasevi nagnuti, što se događa samo pod utjecajem jakog električnog polja. Kada dođe tunel (to je kvantni mehanički učinak), elektroni prolaze kroz potencijalna barijera je uska, a to ne mijenja svoju energiju. To podrazumijeva povećanje koncentracije nosača punjenja, kako u vodljivosti tako iu valencijskim trakama. Ako se razvije proces elektrostatske ionizacije, može doći do raspada tunela poluvodiča. Tijekom tog postupka, otpor poluvodiča se mijenja. To je reverzibilno, a čim se isključi električno polje, svi se procesi vraćaju.

Otpornost i utjecaj ionizacije

U ovom slučaju, šupljine i elektroni ubrzavaju do testiranja slobodan put pod utjecajem jake električnog polja na vrijednosti koje pridonose ionizacije atoma i rupture jednog od kovalentne veze (primarnim ili nečistoća atom). Shock ionizacija događa se poput lavina, a nosioci naboja se umnožavaju u lavini. U ovom slučaju, novo stvorene rupe i elektrone ubrzavaju električnom strujom. Sadašnja vrijednost na konačni rezultat množi koeficijentom utjecaja ionizacije, što je broj elektrona rupa parova koji se formiraju na jednoj od staza segmenta naboj nosača. Razvoj ovog procesa u konačnici dovodi do sloma lavine poluvodiča. Otpor poluvodiča također varira, ali, kao u slucaju sloma tunela, je reverzibilan.

Primjena poluvodiča u praksi

Posebnu važnost tih elemenata treba uočiti u računalnoj tehnologiji. Nema sumnje da vas ne bi zanimao pitanje što su poluvodiči, ako nije riječ o želji za samostalno okupljanje objekta s njihovom upotrebom. Nemoguće je zamisliti rad modernih hladnjaka, televizora, monitora računala bez poluvodiča. Ne bez njih i napredni automobilski razvoj. Također se koriste u zrakoplovstvu. Razumijete li što poluvodiči, koliko su važni? Naravno, ne možemo reći da su to jedini nezamjenjivi elementi naše civilizacije, ali ne smiju se ni podcijeniti.

Korištenje poluvodiča u praksi, s obzirom na sve više i brojni čimbenici, među kojima je raširena od materijala iz kojih su izrađene, a jednostavnost obrade i dobila željeni rezultat, te drugih tehničkih značajki koje čine izbor znanstvenika koji su radili na elektroničke opreme, zaustavio ih.

zaključak

Detaljno smo ispitali što su poluvodiči, kako rade. Njihova se otpornost temelji na složenim fizikalno-kemijskim procesima. A možete primijetiti da činjenice ne daju, kako je opisano u članku u potpunosti shvatiti da takve poluvodiči, iz jednostavnog razloga što je znanost još nije ni studirao osobitosti svoga rada do kraja. No poznajemo njihova osnovna svojstva i osobine koje nam omogućuju primjenu u praksi. Stoga, možete tražiti poluvodičke materijale i sami ih eksperimentirati, promatrajući oprez. Tko zna, možda je velika istraživačica koja se spava u tebe ?!