Шта је полупроводник

Уз проводнике електричне енергије, у природи постоје многе супстанце које имају знатно мању електричну проводљивост од металних проводника. Супстанце овог типа називају се полупроводницима.

Полупроводници укључују: одређене хемијске елементе као што су селен, силицијум и германијум, једињења сумпора као што су талијум сулфид, кадмијум сулфид, сребро сулфид, карбиде као што су карбоунд, угљеник (дијамант), бор, калај, фосфор, антимон, арсен, телур, јод , и бројна једињења која укључују најмање један од елемената групе 4—7 Мендељејевског система. Постоје и органски полупроводници.

Природа електричне проводљивости полупроводника зависи од врсте нечистоћа присутних у основном материјалу полупроводника и од технологије производње његових саставних делова.

Полупроводник — супстанца са електрична проводљивост 10-10 — 104 (охм к цм)-1 који се налази по овим својствима између проводника и изолатора.Разлика између проводника, полупроводника и изолатора према теорији појаса је следећа: у чистим полупроводницима и електронским изолаторима постоји забрањени енергетски појас између испуњеног (валентног) појаса и проводног појаса.

Зашто полупроводници проводе струју

Полупроводник има електронску проводљивост ако су спољашњи електрони у његовим атомима нечистоћа релативно слабо везани за језгра тих атома. Ако се у овој врсти полупроводника створи електрично поље, онда ће под утицајем сила овог поља спољашњи електрони атома нечистоћа полупроводника напустити границе својих атома и постати слободни електрони.

Слободни електрони ће створити струју електричне проводљивости у полупроводнику под утицајем сила електричног поља. Дакле, природа електричне струје у електрично проводним полупроводницима је иста као и у металним проводницима. Али пошто има много пута мање слободних електрона по јединици запремине полупроводника него по јединици запремине металног проводника, природно је да ће, под истим условима, струја у полупроводнику бити много пута мања него у металном проводнику. диригент.

Полупроводник има проводљивост "рупа" ако атоми његове нечистоће не само да не одустају од својих спољашњих електрона, већ, напротив, теже да заробе електроне атома главне супстанце полупроводника. Ако атом нечистоће одузме електрон атому главне супстанце, онда се у потоњем формира нека врста слободног простора за електрон - "рупа".

Полупроводнички атом који је изгубио електрон назива се "електронска рупа" или једноставно "рупа".Ако је "рупа" попуњена електроном пренесеним са суседног атома, онда се она елиминише и атом постаје електрично неутралан, а "рупа" се помера ка суседном атому који је изгубио електрон. Према томе, ако се на полупроводник са проводношћу „рупа“ примени електрично поље, „електронске рупе“ ће се кретати у правцу овог поља.

Пристрасност «електронских рупа» у правцу деловања електричног поља је слична кретању позитивних електричних наелектрисања у пољу и стога је феномен електричне струје у полупроводнику.

Полупроводници се не могу стриктно разликовати по механизму њихове електричне проводљивости, јер уз проводљивост „рупа“, овај полупроводник може имати електронску проводљивост у овом или оном степену.

Полупроводнике карактерише:

• тип проводљивости (електронски - н-тип, рупа -п -тип);

• отпор;

• животни век носиоца наелектрисања (мањина) или дужина дифузије, брзина површинске рекомбинације;

• густина дислокације.

Такође видети: Струјно-напонске карактеристике полупроводника Силицијум је најчешћи полупроводнички материјал

Температура има бића која утичу на карактеристике полупроводника. Његово повећање углавном доводи до смањења отпора и обрнуто, тј. полупроводнике карактерише присуство негативних температурни коефицијент отпора… Близу апсолутне нуле, полупроводник постаје изолатор.

Многи уређаји су засновани на полупроводницима. У већини случајева морају се добити у облику појединачних кристала.Да би се добила жељена својства, полупроводници се допирају разним нечистоћама. Повећани су захтеви за чистоћу полазних полупроводничких материјала.

Полупроводнички уређаји

Термичка обрада полупроводника

Термичка обрада полупроводника — загревање и хлађење полупроводника по задатом програму у циљу промене његових електрофизичких својстава.

Промене: модификација кристала, густина дислокација, концентрација слободних места или структурних дефеката, врста проводљивости, концентрација, покретљивост и животни век носилаца наелектрисања. Последња четири, поред тога, могу се повезати са интеракцијом нечистоћа и структурних дефеката или са дифузијом нечистоћа у маси кристала.

Загревање узорака германијума на температуру >550 °Ц праћено брзим хлађењем доводи до појаве термалних акцептора у концентрацијама што је температура виша. Накнадно жарење на истој температури враћа почетни отпор.

Вероватан механизам ове појаве је растварање бакра у решетки германијума који дифундује са површине или је претходно таложен на дислокацијама. Споро жарење узрокује таложење бакра на структурним дефектима и излазак из решетке. Могућа је и појава нових структурних дефеката при брзом хлађењу. Оба механизма могу смањити животни век, што је експериментално утврђено.

У силицијуму на температурама од 350-500 °, формирање топлотних донора се дешава у концентрацијама што је више, што је више кисеоника растворено у силицијуму током раста кристала. На вишим температурама долази до уништења донатора топлоте.

Загревање на температуре у опсегу 700—1300 ° нагло смањује животни век мањинских носача наелектрисања (на > 1000 ° одлучујућу улогу игра дифузија нечистоћа са површине). Загревање силицијума на 1000-1300 ° утиче на оптичку апсорпцију и расипање светлости.

Примена полупроводника

У савременим технологијама полупроводници су нашли најширу примену; имали су веома снажан утицај на технолошки напредак. Захваљујући њима, могуће је значајно смањити тежину и димензије електронских уређаја. Развој свих области електронике доводи до стварања и унапређења великог броја разноврсне опреме засноване на полупроводничким уређајима. Полупроводнички уређаји служе као основа за микроћелије, микромодуле, тврда кола итд.

Електронски уређаји засновани на полупроводничким уређајима су практично неинерцијски. Пажљиво конструисан и добро затворен полупроводнички уређај може да траје десетинама хиљада сати. Међутим, неки полупроводнички материјали имају малу температурну границу (на пример германијум), али не баш тешка компензација температуре или замена основног материјала уређаја другим (на пример, силицијум, силицијум карбид) у великој мери елиминише овај недостатак. технологије производње полупроводничких уређаја резултира смањењем још увек постојеће дисперзије параметара и нестабилности.

Полупроводници у електроници

Контакт полупроводник-метал и спој електрон-рупа (н-п спој) који се ствара у полупроводницима користе се у производњи полупроводничких диода.Двоструки спојеви (п-н-п или н-Р-н) — транзистори и тиристори. Ови уређаји се углавном користе за исправљање, генерисање и појачавање електричних сигнала.

Фотоелектрична својства полупроводника се користе за стварање фотоотпорника, фотодиода и фототранзистора. Полупроводник служи као активни део осцилатора (појачавача) осцилација полупроводнички ласери… Када електрична струја прође кроз пн спој у правцу напред, носиоци наелектрисања—електрони и рупе—рекомбинују се са емисијом фотона, која се користи за стварање ЛЕД диода.

ЛЕД диоде

Термоелектрична својства полупроводника омогућила су стварање полупроводничких термоелектричних отпора, полупроводничких термопарова, термопарова и термоелектричних генератора и термоелектричног хлађења полупроводника на основу Пелтиеровог ефекта, — термоелектричних фрижидера и термостабилизатора.

Полупроводници се користе у механичким претварачима топлоте и соларне енергије у електричним — термоелектричним генераторима и фотоелектричним претварачима (соларне ћелије).

Механички напон примењен на полупроводник мења његов електрични отпор (ефекат је јачи него код метала), што је основа полупроводничког мерача напрезања.

Полупроводнички уређаји су постали широко распрострањени у светској пракси, револуционишући електронику, служе као основа за развој и производњу:

• мерна опрема, компјутери,

• опрема за све врсте комуникација и транспорта,

• за аутоматизацију индустријских процеса,

• уређаји за истраживање,

• ракета,

• Медицинска опрема

• других електронских уређаја и уређаја.

Употреба полупроводничких уређаја вам омогућава да креирате нову опрему и побољшате стару, што значи да смањује њену величину, тежину, потрошњу енергије и, самим тим, смањује стварање топлоте у колу, повећава снагу, тренутну спремност за акцију, даје вам омогућава да повећате век трајања и поузданост електронских уређаја.