Apakah semikonduktor

Bersama-sama dengan konduktor elektrik, terdapat banyak bahan dalam alam semula jadi yang mempunyai kekonduksian elektrik yang jauh lebih rendah daripada konduktor logam. Bahan jenis ini dipanggil semikonduktor.

Semikonduktor termasuk: unsur kimia tertentu seperti selenium, silikon dan germanium, sebatian sulfur seperti talium sulfida, kadmium sulfida, perak sulfida, karbida seperti karborundum, karbon (berlian), boron, timah, fosforus, antimoni, arsenik, telurium, iodin , dan sebatian nombor yang merangkumi sekurang-kurangnya satu daripada unsur kumpulan 4 — 7 sistem Mendeleev. Terdapat juga semikonduktor organik.

Sifat kekonduksian elektrik semikonduktor bergantung kepada jenis kekotoran yang terdapat dalam bahan asas semikonduktor dan pada teknologi pembuatan bahagian konstituennya.

Semikonduktor — bahan dengan kekonduksian elektrik 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 terletak oleh sifat-sifat ini antara konduktor dan penebat.Perbezaan antara konduktor, semikonduktor dan penebat mengikut teori jalur adalah seperti berikut: dalam semikonduktor tulen dan penebat elektronik terdapat jalur tenaga terlarang antara jalur terisi (valens) dan jalur pengaliran.

Mengapa semikonduktor mengalirkan arus

Semikonduktor mempunyai kekonduksian elektronik jika elektron luar dalam atom bendasingnya terikat secara relatif lemah pada nukleus atom tersebut. Jika medan elektrik dicipta dalam jenis semikonduktor ini, maka di bawah pengaruh kuasa medan ini, elektron luar atom kekotoran semikonduktor akan meninggalkan sempadan atomnya dan menjadi elektron bebas.

Elektron bebas akan menghasilkan arus pengaliran elektrik dalam semikonduktor di bawah pengaruh daya medan elektrik. Oleh itu, sifat arus elektrik dalam semikonduktor pengalir elektrik adalah sama seperti dalam pengalir logam. Tetapi oleh kerana terdapat banyak kali lebih sedikit elektron bebas per unit isipadu semikonduktor daripada per unit isipadu konduktor logam, adalah wajar bahawa, semua keadaan lain adalah sama, arus dalam semikonduktor akan berkali-kali lebih kecil daripada dalam logam. konduktor.

Semikonduktor mempunyai kekonduksian "lubang" jika atom kekotorannya bukan sahaja tidak melepaskan elektron luarnya, tetapi, sebaliknya, cenderung menangkap elektron atom bahan utama semikonduktor. Sekiranya atom kekotoran mengambil elektron dari atom bahan utama, maka di dalamnya terbentuk sejenis ruang bebas untuk elektron - "lubang".

Atom semikonduktor yang telah kehilangan elektron dipanggil "lubang elektron" atau hanya "lubang".Jika "lubang" diisi dengan elektron yang dipindahkan dari atom jiran, maka ia dihapuskan dan atom menjadi neutral elektrik, dan "lubang" bergerak ke atom jiran yang telah kehilangan elektron. Oleh itu, jika medan elektrik dikenakan pada semikonduktor dengan pengaliran «lubang», «lubang elektron» akan bergerak ke arah medan ini.

Pincang «lubang elektron» ke arah tindakan medan elektrik adalah serupa dengan pergerakan cas elektrik positif dalam medan dan oleh itu merupakan fenomena arus elektrik dalam semikonduktor.

Semikonduktor tidak boleh dibezakan dengan ketat mengikut mekanisme kekonduksian elektriknya, kerana bersama-sama dengan kekonduksian "Hole", semikonduktor ini boleh mempunyai kekonduksian elektronik pada satu darjah atau yang lain.

Semikonduktor dicirikan oleh:

• jenis kekonduksian (elektronik - n-jenis, lubang -p -jenis);

• rintangan;

• seumur hidup pembawa caj (minoriti) atau panjang resapan, kadar penggabungan semula permukaan;

• ketumpatan terkehel.

Lihat juga: Ciri-ciri voltan semasa semikonduktor Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling biasa

Suhu mempunyai makhluk yang mempengaruhi ciri-ciri semikonduktor. Peningkatannya terutamanya membawa kepada penurunan rintangan dan sebaliknya, i.e. semikonduktor dicirikan oleh kehadiran negatif pekali suhu rintangan… Hampir sifar mutlak, semikonduktor menjadi penebat.

Banyak peranti berasaskan semikonduktor. Dalam kebanyakan kes, ia mesti diperolehi dalam bentuk kristal tunggal.Untuk memberikan sifat yang dikehendaki, semikonduktor didopkan dengan pelbagai kekotoran. Peningkatan keperluan dikenakan ke atas ketulenan bahan semikonduktor permulaan.

Peranti semikonduktor

Rawatan haba semikonduktor

Rawatan haba semikonduktor — memanaskan dan menyejukkan semikonduktor mengikut program tertentu untuk menukar sifat elektrofiziknya.

Perubahan: pengubahsuaian kristal, ketumpatan terkehel, kepekatan kekosongan atau kecacatan struktur, jenis kekonduksian, kepekatan, mobiliti dan seumur hidup pembawa cas. Empat terakhir, sebagai tambahan, boleh dikaitkan dengan interaksi kekotoran dan kecacatan struktur atau dengan penyebaran kekotoran dalam sebahagian besar kristal.

Memanaskan sampel germanium pada suhu >550 °C diikuti dengan penyejukan pantas menghasilkan kemunculan penerima terma dalam kepekatan semakin tinggi suhu. Penyepuhlindapan seterusnya pada suhu yang sama mengembalikan rintangan awal.

Mekanisme kemungkinan fenomena ini ialah pembubaran kuprum dalam kekisi germanium yang meresap dari permukaan atau sebelum ini dimendapkan pada kehelan. Penyepuhlindapan perlahan menyebabkan kuprum memendap pada kecacatan struktur dan keluar dari kekisi. Kemunculan kecacatan struktur baru semasa penyejukan pantas juga mungkin. Kedua-dua mekanisme boleh mengurangkan jangka hayat, yang telah ditubuhkan secara eksperimen.

Dalam silikon pada suhu 350 — 500 °, pembentukan penderma haba berlaku dalam kepekatan semakin tinggi, semakin banyak oksigen terlarut dalam silikon semasa pertumbuhan kristal. Pada suhu yang lebih tinggi, penderma haba dimusnahkan.

Pemanasan kepada suhu dalam julat 700 — 1300 ° secara mendadak mengurangkan hayat pembawa cas minoriti (pada > 1000 ° peranan penentu dimainkan oleh penyebaran kekotoran dari permukaan). Pemanasan silikon pada 1000-1300 ° menjejaskan penyerapan optik dan penyebaran cahaya.

Aplikasi semikonduktor

Dalam teknologi moden, semikonduktor telah menemui aplikasi terluas; mereka mempunyai kesan yang sangat kuat terhadap kemajuan teknologi. Terima kasih kepada mereka, adalah mungkin untuk mengurangkan berat dan dimensi peranti elektronik dengan ketara. Pembangunan semua bidang elektronik membawa kepada penciptaan dan penambahbaikan sejumlah besar peralatan pelbagai berdasarkan peranti semikonduktor. Peranti semikonduktor berfungsi sebagai asas untuk mikrosel, mikromodul, litar keras, dll.

Peranti elektronik berdasarkan peranti semikonduktor boleh dikatakan tidak inersia. Peranti semikonduktor yang dibina dengan teliti dan dimeterai dengan baik boleh bertahan selama berpuluh-puluh ribu jam. Walau bagaimanapun, sesetengah bahan semikonduktor mempunyai had suhu yang kecil (contohnya, germanium), tetapi pampasan suhu yang tidak terlalu sukar atau penggantian bahan asas peranti dengan yang lain (contohnya, silikon, silikon karbida) sebahagian besarnya menghapuskan kelemahan ini. teknologi pembuatan peranti semikonduktor menghasilkan pengurangan serakan dan ketidakstabilan parameter yang masih sedia ada.

Semikonduktor dalam elektronik

Sentuhan semikonduktor-logam dan simpang lubang elektron (simpang n-p) yang dicipta dalam semikonduktor digunakan dalam pembuatan diod semikonduktor.Persimpangan dua kali (p-n-p atau n-R-n) — transistor dan thyristor. Peranti ini digunakan terutamanya untuk membetulkan, menjana dan menguatkan isyarat elektrik.

Sifat fotoelektrik semikonduktor digunakan untuk mencipta fotoperintang, fotodiod, dan fototransistor. Semikonduktor berfungsi sebagai bahagian aktif pengayun (penguat) ayunan laser semikonduktor… Apabila arus elektrik melalui persimpangan pn ke arah hadapan, pembawa cas—elektron dan lubang—bergabung semula dengan pancaran foton, yang digunakan untuk mencipta LED.

LED

Sifat termoelektrik semikonduktor memungkinkan untuk mencipta rintangan termoelektrik semikonduktor, termokopel semikonduktor, termokopel dan penjana termoelektrik dan penyejukan termoelektrik semikonduktor berdasarkan kesan Peltier, - peti sejuk termoelektrik dan penstabil suhu.

Semikonduktor digunakan dalam haba mekanikal dan penukar tenaga suria dalam elektrik — penjana termoelektrik dan penukar fotoelektrik (sel suria).

Tegasan mekanikal yang dikenakan pada semikonduktor mengubah rintangan elektriknya (kesannya lebih kuat daripada logam), yang merupakan asas tolok terikan semikonduktor.

Peranti semikonduktor telah meluas dalam amalan dunia, merevolusikan elektronik, ia berfungsi sebagai asas untuk pembangunan dan pengeluaran:

• peralatan mengukur, komputer,

• peralatan untuk semua jenis komunikasi dan pengangkutan,

• untuk automasi proses industri,

• peranti penyelidikan,

• roket,

• peralatan perubatan

• peranti dan peranti elektronik lain.

Penggunaan peranti semikonduktor membolehkan anda mencipta peralatan baru dan menambah baik lama, yang bermaksud ia mengurangkan saiz, berat, penggunaan kuasa dan, oleh itu, mengurangkan penjanaan haba dalam litar, meningkatkan kekuatan, kesediaan segera untuk bertindak, ia memberikan anda membolehkan anda meningkatkan hayat perkhidmatan dan kebolehpercayaan peranti elektronik.