полупроводники

Это энергетическая область разрешённых электронных состояний, которая заполняется валентными электронами. Зона проводимости это область, где находятся электроны валентной зоны, перешедшие запрещённую зону – то есть зону, где отсутствуют энергетические уровни. Основные свойства проводника – это высокий уровень проводимости и низкое удельное электрическое сопротивление. Его особенность в наличии свободных электронов, которые способствуют прохождению электрического тока. Дырочная проводимость связана с движением вакансий в валентной зоне, которые ведут себя фактически как носители положительного заряда. Когда электрон перемещается в зону проводимости, он оставляет после себя “дырку”.

Равновесное состояние между связанными и свободными электронами чисто динамическое. Для перехода из первого положения во второе нужно обеспечить их вспомогательной энергией. Металлический материал даже при невысокой температуре имеет большую долю освобожденных электронов. Усилий между взаимодействием молекул в металлах хватает для высвобождения их определенного количества. Электронно-дырочный переход (р-n-переход) имеет одностороннюю проводимость.

Обратный ток полупроводникового диода не равен нулю, так как в обоих областях всегда есть неосновные носители заряда. Обратный ток полупроводникового диода близок к нулю, но не равен нулю, так как в обеих областях всегда есть неосновные носители заряда. Ещё одним типом проводимости, обусловленная наличием примесей в полупроводнике, нарушающих структуру решетки, является примесная проводимость.

Полупроводник – это материал или вещество, которое проводит электричество только при определенных условиях. If you enjoyed this post and you would certainly like to get even more details concerning новости полупроводников kindly see our web page. Некоторые элементы таблицы Менделеева, такие как углерод, кремний и германий, являются внутренними (чистыми) полупроводниками из-за количества электронов в их внешних электронных оболочках. При значительной концентрации примеси проводимость полупроводника определяется основными примесными носителями. Так, в германии n-типа основными носителями являются электроны, неосновными — дырки, а в германии р-типа основными носителями являются дырки, а неосновными — электроны. Если добавить в полупроводник кремния пятивалентный атом мышьяка (As), то, посредством четырехвалентных электронов, мышьяк установит ковалентные связи c четырьмя соседними атомами кремния.

Военные требуют кремния

Полупроводники p-типа в качестве основных носителей имеют “дырки”. Чтобы усилить их влияние и тем самым улучшить проводимость материала за счёт дырок, в состав полупроводника вводят акцепторные примеси. Одним из самых ярких достижений в области физики полупроводником является создание гетероструктур. Полупроводники гетероструктурного типа — это слоистые сэндвич-структуры из различных материалов, отличающихся шириной запрещённой зоны. Изучая общие сведения о полупроводниках, можно сделать вывод, что эти материалы из-за своей удельной проводимости находятся между проводниками и диэлектриками.

• В роли изоляторов выступают благородные газы, такие как гелий и неон, а медь и другие металлы являются проводниками, которые позволяют электронам свободно перемещаться по материалу.
• В данном случае перенос заряда осуществляется электроном, а не дыркой, то есть данный вид полупроводников проводит электрический ток подобно металлам.
• Производство станков и комплектующих, программное обеспечение находятся в разных государствах.
• В 4-х валентное полупроводниковое вещество (кремний) добавляется 3-х валентная примесь (индий) в небольшом объеме.
• Граничная частота прямых переходов кремния больше 3 эВ, то есть лежит в ультрафиолетовой области спектра.
• К 1838 году Фарадей открыл ещё 5 веществ с подобными свойствами3.
• Дорожки создают из тончайшего металла путём вакуумного напыления.
• Поэтому уже при комнатной температуре все свободные электроны донорной примеси находятся в зоне проводимости.
• Кроме кремния в качестве полупроводников используют селен, серое олово, мышьяк, бор, фосфор, серу, теллур, органические вещества и некоторые химические соединения.

Полупроводники – основные понятия, формулы и определение с примерами

Отсутствие отрицательного заряда является своего рода положительным зарядом, поэтому такие полупроводники называются полупроводниками P-типа. Принцип работы полупроводников зависит от материалов, из которых они изготовлены. Выбор легирующей примеси определяет, какими свойствами будет обладать готовый полупроводник.

Из-за положительного заряда зазора звена этот тип проводников называется буквой «Р» и, следовательно, они распознаются как акцепторы электронов.. Не имея валентного электрона для образования четырех ковалентных связей собственного полупроводника, полупроводник P-типа имеет зазор в недостающем звене. Однако проводимость собственного полупроводника возрастает всякий раз, когда температура увеличивается, поскольку некоторые валентные электроны поглощают тепловую энергию и отделяются от связей. Некоторые аморфные полупроводники могут изменять свои электронные свойства под воздействием легирования. Но это относится к ним в значительно меньшей степени, чем к кристаллическим.

Мы живем в эпоху, сущность которой определяют цифровые технологии и электроника. И краеугольный камень этого мира — миниатюрная микросхема, состоящая из кремниевых транзисторов. Характеристика полупроводника в сильной степени зависит от его чистоты. Выращивая в особых условиях сверхчистые монокристаллы вещества, необходимые свойства придают при помощи легирования (введения в состав донорных или акцепторных примесей). Производство полупроводников это сложный процесс, включающий множество технологических этапов.

• Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома.
• Фотоны с меньшей энергией не вызывают переходов между электронными состояниями полупроводника, поэтому такие полупроводники прозрачны в области частот , где  — ширина запрещённой зоны,  — постоянная Планка.
• Особый тип светоизлучающего диода – лазерный – применяется в оптоволоконных линиях связи в качестве управляемого источника световых импульсов, а также в устройствах чтения и записи компакт-дисков.
• Прежде всего, следует сказать, что физические свойства полупроводников наиболее изучены по сравнению с металлами и диэлектриками.
• В результате атом фосфора приобретает единичный положительный заряд.
• В полупроводнике наряду с электроном имеет место так называемая дырочная проводимость полупроводника.
• На термисторы похожи фоторезисторы, в которых изменение сопротивления происходит при освещении их видимым светом.
• Это объясняется способностью примесных атомов поставлять в кристаллическую решётку электроны или поглощать электроны, образуя большое количество «дырок».

Для производства термисторов применяют полупроводники, которые обладают существенной величиной отрицательного сопротивления (обычно, это оксидные полупроводники). Термисторы изготавливают в форме цилиндрических стержней, бусин или нитей, заключенных в баллончики из стекла, керамики или металла с изоляцией. В заключении необходимо отметить, что проводники и полупроводники каждый день встречаются в жизни человека. Например, их можно встретить в классических транзисторах или варисторах для сопротивления. Ни один электроприбор не сможет функционировать без этих деталей.

Но с ростом температуры или под действием света начинают лучше пропускать электрические заряды. Также проводимость полупроводников меняется при введении примеси — этот процесс называется «легирование». Между зоной проводимости Еп и валентной зоной Ев расположена зона запрещённых значений энергии электронов Ез. С ростом ширины Ез число электронно-дырочных пар и проводимость собственного полупроводника уменьшается, а удельное сопротивление возрастает.

В частности, производство смартфонов, видеокарт и автопромышленность сильно нуждаются в полупроводниках. Дефицит полупроводниковых компонентов привёл к сокращению выпуска автомобилей. Например, индийский автодилер Maruti Suzuki уменьшил объем производства на 60% из-за нехватки полупроводников. При производстве холодильников, кондиционеров полупроводниковые устройства применяют в системе охлаждения для контроля и поддержания температуры.

Применение полупроводников в электронике

• При температуре, близкой к абсолютному нулю полупроводник не проводит ток, так как в нем нет свободных электронов.
• В полупроводниках с валентными связями атомы образуют кристаллы в виде большой молекулы.
• Такие соединения, как сульфид свинца, применялись ещё в начале прошлого столетия как простейшие детекторы в примитивных радиоприёмниках.
• Они являются носителями заряда в полупроводниках в валентной зоне.
• Они состоят из близкорасположенных энергетических уровней, число которых соответствует числу однородных атомов в теле.
• Фарадей обнаружил ещё пять веществ с аналогичными свойствами (сульфид ртути HgS, фторид свинца PbF2 и ряд других).
• Органические полупроводники – это класс полупроводниковых материалов, основанных на углеводородных соединениях.
• На данный момент существует слишком много областей применения, чтобы их перечислять, но вот три наиболее важных, каждая из которых по-своему демонстрирует ключевые свойства полупроводника.
• С ростом температуры число свободных электронов и дырок увеличивается, поэтому в полупроводнике, не содержащем примесей, удельное электрическое сопротивление уменьшается.
• Особенно активно их используют в электронных приложениях для изготовления транзисторов, интегральных схем, тиристоров, симисторов, лазеров, датчиков давления и диодов.
• Концентрация свободных носителей заряда уменьшается с ростом температуры, а подвижность носителей заряда увеличивается.

Чувствительность аморфных элементов к легированию можно повысить с помощью технологической обработки. В конечном итоге хочется отметить, что благодаря длительной и упорной работе примесные полупроводники все же представлены целым рядом результатов с хорошими характеристиками. Тем не менее, у них было как минимум два существенных недостатка — они сильно нагревались и не могли работать на высоких температурах.

Атом другого химического элемента в чистой кристаллической решётке (например, атом фосфора, бора и т. д. в кристалле кремния) называется примесью. В зависимости от того, отдаёт ли примесной атом электрон в кристалл (в вышеприведённом примере — фосфор) или захватывает его (бор), примесные атомы называют донорными или акцепторными. Характер примеси может меняться в зависимости от того, какой атом кристаллической решётки она замещает, в какую кристаллографическую плоскость встраивается. Полупроводник, у которого концентрация доноров Nd и примесей Na одинакова, называется скомпенсированным полупроводником. Такой полупроводник имеет такую же удельную проводимость, как и собственный, но отличается от него временем жизни носителей зарядов и другими параметрами.

В зависимости от типа примеси, полупроводники подразделяются на n-тип и p-тип.N-тип полупроводников содержит примеси, которые являются донорами электронов. Это означает, что они обеспечивают дополнительные свободные электроны, которые увеличивают проводимость материала. Примерами донорных примесей являются фосфор и мышьяк для кремния, и антимоний для германия. Полупроводниками называют материалы, электропроводность которых находится между проводниками и диэлектриками. Электропроводность полупроводниковых материалов может регулироваться с помощью различных факторов, таких как температура, освещенность, магнитное поле и приложенное напряжение. Эти уникальные свойства полупроводников позволяют использовать их в электронных компонентах, таких как диоды, транзисторы и интегральные схемы…

Светодиоды — ещё одна область применения полупроводников, зависящая от ширины запрещённой зоны, но для светодиодов ширина запрещённой зоны играет как функциональную, так и эстетическую роль. Когда частица или материал поглощает энергию, она переходит в возбужденное состояние. Высвобождение энергии, эквивалентной ширине запрещенной зоны, возвращает ее в предыдущее состояние. Чем выше температура полупроводника, тем больше в нем становится свободных электронов и дырок.

Униполярная проводимость между проводником и металлом используется в вентильных элементах. Где $alpha $ — коэффициент, зависящий от температуры, $E_k$ — напряженность критического поля. Фотосопротивления используются в автоматике, сортировке изделий по окраске или размерам.