Шта су полупроводници? Отпор полупроводника

Који је полупроводнички материјал? Које су његове карактеристике? Која је физика полупроводника? Како су изграђени? Шта је проводљивост полупроводника? Који физички индикатори имају?

Шта се зову полупроводници?

Тако означавају кристалне материјале који не спроводе електричну енергију као и метале. Али ипак је овај индикатор бољи од изолатора. Такве карактеристике су последица броја мобилних превозника. Ако уопште узмемо у обзир, онда постоји јака веза са језгром. Али када се у проводник уведе неколико атома, рецимо, антимона, која има вишак електрона, ова позиција ће бити исправљена. Када се користи индијум, добијају се елементи са позитивним пуњењем. Сва ова својства се широко користе у транзисторима - специјалним уређајима који могу појачати, блокирати или пренијети струју само у једном правцу. Ако узмемо у обзир елемент типа НПН, онда можемо приметити значајну улогу помножавања, што је посебно важно у преносу слабих сигнала.

Конструктивне карактеристике електричних полупроводника

Проводници имају много слободних електрона. Изолатори их практично немају. Полупроводници такође садрже одређени број слободних електрона и празнине са позитивним пуњењем, који су спремни да прихвате испуштене честице. И што је најважније - они воде електричну струју. Тип транзистора НПН који је раније разматран није једини могући полупроводнички елемент. Дакле, постоје ПНП-транзистори, као и диоде.

Говорећи о другом, кратко речено, такав је елемент који може пренети сигнале само у једном правцу. Такође, диода може претворити измењиву струју у константну. Какав је механизам такве трансформације? А зашто се креће само у једном правцу? У зависности од тога одакле долази струја, електрони и пропусти се могу раздвојити или испунити на пола пута. У првом случају, због повећања удаљености, прекида се снабдевање снабдевањем, па се пренос негативних напонских носача врши само у једном правцу, односно, проводљивост полупроводника је једнострана. На крају крајева, струја се може пренети само ако су саставни честице у близини. А то је могуће само када се снабдевање напаја са једне стране. Ови типови полупроводника постоје и тренутно се користе.

Зона структура

Електрична и оптичка својства проводника су повезана са чињеницом да када електрони напуне нивое енергије, они се одвојено од могућих стања путем забрањеног опсега. Које су његове карактеристике? Чињеница је да у забрањеној зони нема нивоа енергије. Уз помоћ нечистоћа и структурних дефеката, ово се може променити. Највиша попуњена зона се зове валенца. Затим следи решено, али празно. Зове се проводни појас. Физика полупроводника је прилично занимљива тема, ау оквиру текста ће бити добро покривена.

Стање електрона

За то се користе концепти као што су број дозвољеног опсега и квазиментум. Структура првог је одређена законима о дисперзији. Каже да зависност енергије од квазимоментума утиче на то. Дакле, ако је валентни опсег у потпуности напуњен електронима (који носе цхарге у полупроводницима), онда кажу да у њему нема елементарних узбуђења. Ако из неког разлога нема честице, то значи да постоји позитивно наелектрисана квазипартикла - пролаз или рупа. Они су носиоци пуњења у полупроводницима у валенцијском појасу.

Дегенериране зоне

Валенцијски појас у типичном проводнику је шест пута дегенерисан. Ово је без обзира на спин-орбит интеракцију и само када је квазиментентум нула. Под истим условима се може поделити у двоструке и четвероструко дегенериране зоне. Енергетска дистанца између њих се назива енергија раздвајања спин-орбит.

Нечистоће и недостаци у полупроводницима

Они могу бити електрично неактивни или активни. Коришћење првих омогућава да се добије плус или минус пуњач у полупроводницима, који се може надокнадити појавом рупе у валенцијском појасу или електроном у проводљивој зони. Неактивне нечистоће су неутралне и имају релативно мали утицај на електронске особине. И често може бити важно шта валенца има атоме који учествују у преносу наелектрисања, и структуру кристалне решетке.

У зависности од врсте и количине нечистоћа, однос између броја рупа и електрона може се разликовати. Због тога се полупроводнички материјали увек морају пажљиво одабрати како би се добио жељени резултат. Овоме претходи значајан број прорачуна и накнадни експерименти. Честице, које већина назива главни носиоци пуњења, нису основни.

Дозвољено уношење нечистоћа у полупроводнике омогућава прибављање уређаја са потребним својствима. Дефекти у полупроводници такође могу бити у неактивном или активном електричном стању. Важно овде су дислокација, интерститијални атом и слободно место. Течни и не-кристални проводници различито реагују на нечистоће него кристални проводници. Одсуство круте структуре на крају доводи до чињенице да расељени атом добија другу валенцу. То ће бити другачије од оног са којим он у почетку засићује своје везе. Атом постаје непрофитабилан да даје или прикаже електрон. У овом случају постаје неактивна, па стога полупроводници нечистоћа имају велике шансе за неуспјех. То доводи до чињенице да се не може промијенити тип проводљивости допингом и створити, на примјер, пн спој.

Неки аморфни полупроводници могу да промене своје електронске особине под утицајем допинга. Али ово се односи на њих у много мањој мери него на кристалне. Сензитивност аморфних елемената до легирања може се побољшати прерадом. На крају желим напоменути да због дуготрајног и напорног рада нечистоће полупроводници и даље представљају низ резултата са добрим карактеристикама.

Статистике електрона у полупроводници

Када постоји термодинамичка равнотежа, број рупа и електрона одређује се искључиво температуром, параметрима структуре траке и концентрацијом електрично активних нечистоћа. Када се израчунава однос, претпоставља се да ће дио честица бити у проводном подручју (на нивоу акцептора или донатора). Такође узима у обзир чињеницу да део може напустити валентинску територију, а постоје празнине.

Електрична проводљивост

У полупроводници, поред електрона, јони могу деловати као носиоци пуњења. Али њихова електрична проводљивост је занемарљива у већини случајева. Као изузетак могу се навести само јонски суперпреводници. У полупроводници постоје три главна механизма електронског преноса:

1. Зона главне зоне. У овом случају, електрон почиње услед промене своје енергије у једној дозвољеној области.
2. Прекидање преноса преко локализованих држава.
3. Поларониц.

Екцитон

Рупа и електрон може формирати везано стање. Зове се Ванниер-Моттов екситон. У овом случају, енергија фотона која одговара ивици апсорпције, смањује се величином вредности везе. Са довољним интензитетом свјетлости , значајна количина екситона може се формирати у полупроводницима. Како се њихова концентрација повећава, дође до кондензације и формира се течност електронске рупе.

Површине полупроводника

Ове речи означавају неколико атомских слојева који се налазе у близини границе уређаја. Карактеристике површине се разликују од великих. Присуство ових слојева омета транслациону симетрију кристала. Ово доводи до такозваних површинских стања и поларитона. Развијати тему другог, такође треба обавијестити о спинским и вибрацијским таласима. Због своје хемијске активности, површина је прекривена микроскопским слојем страних молекула или атома који су адсорбовани из околине. Одређују особине тих неколико атомских слојева. На срећу, стварање ултрахигх вакуумске технологије, у којој се стварају полупроводнички елементи, омогућава нам да на неколико сати добијемо и одржавамо чисту површину, што позитивно утиче на квалитет производа.

Семицондуцтор. Температура утиче на отпорност

Када се температура метала повећава, исто тако и њихов отпор. Са полупроводницима супротно је тачно - под истим условима овај параметар ће се смањивати. Поента је да је електрична проводљивост било ког материјала (а ова карактеристика је обратно пропорционална отпору) зависи од пуњења тренутних носача, брзине њиховог кретања у електричном пољу и њиховог броја у једној јединици волумена материјала.

У полупроводничким елементима, с обзиром на повећање температуре, повећава се концентрација честица, због тога се повећава топлотна проводљивост и отпор се смањује. Можете то проверити ако имате једноставну групу младих физика и неопходан материјал - силикон или германијум, можете такође да узмете полупроводник направљен од њих. Повећање температуре смањује њихов отпор. Да бисте се уверили у ово, потребно је да складиштите мерне уређаје који ће вам омогућити да видите све промене. Ово је у општем случају. Да погледамо неколико посебних опција.

Отпор и електростатичка јонизација

Ово је због тунелирања електрона који пролази кроз врло уску препреку, која снабдева око једне стотине микрометара. Налази се између ивица енергетских зона. Његов изглед је могућ само када су нагињани енергетски појасеви, који се јављају само под утицајем снажног електричног поља. Када дође до тунела (што је квантно-механички ефекат), електрони пролазе кроз уску потенцијалну баријеру, а њихова енергија се не мења. Ово подразумијева повећање концентрације носача пуњења, и код проводљивости и у валентним опсезима. Ако развијемо процес електростатичке јонизације, може доћи до слома тунела полупроводника. Током овог процеса, отпор полупроводника ће се променити. Он је реверзибилан и чим се електрично поље искључи, сви процеси ће бити обновљени.

Отпор и јонизација утицаја

У овом случају, рупе и електрони се убрзавају све док средња слободна стаза под утицајем снажног електричног поља достигне вредности које доприносе ионизацији атома и руптуре једне од ковалентних веза (главни атом или нечистоћа). Шонска јонизација се јавља лавином, а носачи пуњења се множе у лавини. У овом случају, новоосноване рупе и електрони се убрзавају електричном струјом. Вредност струје у коначном резултату помножена је са коефицијентом јачања удара, што је једнако броју парова електронских рупа, које формира носач пуњења на једном сегменту пута. Развој овог процеса у коначници доводи до слома лавине полупроводника. Отпор полупроводника такође варира, али, као иу случају квара тунела, реверзибилан је.

Примена полупроводника у пракси

Посебну важност ових елемената треба навести у рачунарској технологији. Скоро да нема сумње да вас не занима питање оних полупроводника, ако није било жеље да самостално склапате објекат с њиховом употребом. Немогуће је замислити рад модерних фрижидера, телевизора, компјутерских монитора без полупроводника. Не без њих и напредни развој аутомобила. Они се такође користе у ваздухопловном инжењерству. Да ли разумете који су полупроводници, колико су важни? Наравно, не можемо рећи да су то једини незамјењиви елементи наше цивилизације, али и не треба их потцењивати.

Употреба полупроводника у пракси такође се заснива на бројним факторима, међу којима је широка преваленција материјала из којих су израђени, и лакоћа обраде и добијања жељеног резултата, као и друге техничке карактеристике које су учиниле избор научника који су развили електронску технологију.

Закључак

Детаљно смо испитали који су полупроводници, како они раде. Њихов отпор је заснован на комплексним физичко-хемијским процесима. И можемо вас обавијестити да чињенице описане у чланку не разумеју у потпуности све полупроводнике, из простог разлога што чак ни наука није проучавала специфичности свог рада до краја. Али знамо њихове основне особине и карактеристике, које нам омогућавају да их примијенимо у пракси. Због тога можете претраживати полупроводничке материјале и сами експериментисати, пажљив. Ко зна, можда је одличан истраживач у теби?!