Co jsou to polovodiče? Odpor polovodičů

Co je to polovodičový materiál? Jaké jsou jeho vlastnosti? Jaká je fyzika polovodičů? Jak jsou postaveny? Co je vodivost polovodičů? Jaké fyzické ukazatele mají?

Co se říká polovodiče?

Takže označte krystalické materiály, které nevedou elektřinu ani kovy. Ale tento indikátor je lepší než izolátory. Tyto vlastnosti jsou způsobeny počtem mobilních operátorů. Pokud vezmeme v úvahu obecně, pak existuje silná vazba na jádra. Ale když se do vodiče zavede několik atomů, například antimon, které mají nadbytek elektronů, bude tato pozice opravena. Při použití india se získají prvky s kladným nábojem. Všechny tyto vlastnosti jsou široce používány v tranzistorech - speciální zařízení, která mohou zesilovat, zablokovat nebo přenášet proud pouze jedním směrem. Pokud uvážíme prvek typu NPN, můžeme zaznamenat významnou posilující roli, která je obzvláště důležitá při přenosu slabých signálů.

Konstrukční vlastnosti, které mají elektrické polovodiče

Vodiče mají mnoho volných elektronů. Izolátory prakticky nemají vůbec. Polovodiče také obsahují určitý počet volných elektronů a mezery s kladným nábojem, které jsou připraveny přijmout uvolněné částice. A co je nejdůležitější - všechny se chovají elektrický proud. Typ NPN tranzistoru, který byl dříve zvažován, není jediným možným polovodičovým prvkem. Takže existují PNP-tranzistory, stejně jako diody.

Krátce o tom jde o takový prvek, který může vysílat signály pouze jedním směrem. Také dioda dokáže převést střídavý proud na konstantní. Jaký je mechanismus této transformace? A proč se pohybuje pouze jedním směrem? V závislosti na tom, odkud proud pochází, mohou se elektrony a opomenutí buď odchylovat, nebo jít dopředu. V prvním případě v důsledku zvýšené dodávky vzdálenost krmivo je přerušen, a proto jsou přenášeny dopravcům záporné napětí pouze v jednom směru, to znamená, že vodivost polovodičů je jednostranné. Koneckonců, proud může být přenášen pouze v případě, že částice tvořící se v blízkosti jsou. A to je možné pouze tehdy, když je napájení dodáváno z jedné strany. Tyto typy polovodičů existují a jsou v současné době používány.

Struktura zón

Elektrické a optické vlastnosti vodičů souvisí se skutečností, že když jsou elektrony naplněny energetickou úrovní, jsou oddělené od možných stavů zakázaným pásmem. Jaké jsou jeho vlastnosti? Faktem je, že v zakázané zóně nejsou žádné úrovně energie. S pomocí nečistot a strukturálních vad se to může změnit. Nejvyšší úplně vyplněná zóna se nazývá valenční pásmo. Poté následuje vyřešené, ale prázdné. Říká se to vodivé pásmo. Fyzika polovodičů je velmi zajímavým tématem a v rámci článku bude dobře pokryta.

Stav elektronů

Za tímto účelem se používají pojmy jako počet povoleného pásma a quasimomentum. Struktura prvního je určena disperzním zákonem. Říká, že závislost energie na quasimomentu to ovlivňuje. Takže pokud je valenční pás úplně naplněn elektrony (které nesou náboj v polovodičích), pak říkají, že v něm nejsou žádné elementární excitace. Pokud z nějakého důvodu neexistují žádné částice, znamená to, že existuje kladně nabitá kvasipartikle - průchod nebo otvor. Jsou to nosiče náboje v polovodičích v pásmu valence.

Degenerované zóny

Valenční páska v typickém vodiči je degenerována šestinásobně. To je bez ohledu na interakci spin-orbitu a pouze tehdy, když je quasimomentum nulový. Může se rozdělit za stejných podmínek na dvojnásobné a čtyřnásobně degenerované zóny. Energická vzdálenost mezi nimi se nazývá energie rozštěpení spin-orbitu.

Nečistoty a vady polovodičů

Mohou být elektricky neaktivní nebo aktivní. Použití prvku umožňuje dosažení plus nebo mínus náboje v polovodičích, které mohou být kompenzovány vzhledu díry v pásmu valence nebo elektronu v řízené zóně. Neaktivní nečistoty jsou neutrální a mají relativně malý vliv na elektronické vlastnosti. A často může záležet na tom, jaké atomy valence mají, které se účastní přenosu náboje a struktury krystalová mřížka.

V závislosti na typu a množství nečistot se může také měnit poměr mezi počtem otvorů a elektrony. Proto by měly být materiály pro polovodiče vždy pečlivě vybrány, aby se dosáhlo požadovaného výsledku. Předchází to značný počet výpočtů a následné experimenty. Částice, které většinou nazývají hlavní nosiče náboje, nejsou základní.

Dostatečné zavedení nečistot do polovodičů umožňuje získávat zařízení s požadovanými vlastnostmi. Poruchy v polovodičích mohou být také v neaktivním nebo aktivním elektrickém stavu. Důležité jsou zde dislokace, intersticiální atom a neobsazenost. Kapalné a nekrystalické vodiče reagují odlišně na nečistotách než krystalické vodiče. Absence rigidní struktury nakonec vede k tomu, že vysídlený atom dostane další valence. Bude se lišit od toho, s nímž zpočátku nasycuje jeho spojení. Atom se stává nevýhodné dát elektronu nebo připojit. V tomto případě se stává neaktivní, a proto nečisté polovodiče mají velkou šanci selhání. To vede k tomu, že nelze měnit typ vodivosti dopováním a vytvořit například pn křižovatku.

Některé amorfní polovodiče mohou změnit své elektronické vlastnosti pod vlivem dopingu. Ale to platí pro ně mnohem méně, než pro krystalické. Citlivost amorfních prvků k legování může být zlepšena zpracováním. Nakonec bych chtěl poznamenat, že díky dlouhé a tvrdé práci jsou nečistoty polovodiče stále reprezentovány řadou výsledků s dobrými vlastnostmi.

Statistika elektronů v polovodiči

Když je termodynamická rovnováha, počet otvorů a elektronů je určen výhradně teplotou, parametry struktury pásma a koncentrace elektricky aktivních nečistot. Při výpočtu poměru se předpokládá, že část částic bude ve vodivém pásmu (na úrovni akceptoru nebo dárce). Zohledňuje také skutečnost, že někteří mohou opustit valentní území a existují mezery.

Elektrická vodivost

V polovodičích, kromě elektronů, mohou ionty působit jako nosiče náboje. Ale jejich elektrická vodivost je ve většině případů zanedbatelná. Výjimečně lze citovat pouze iontové supravodiče. V polovodičích jsou tři hlavní mechanismy elektronického přenosu:

1. Hlavní zóna. V tomto případě se elektron přichází do pohybu kvůli změně jeho energie v rámci jedné povolené oblasti.
2. Skok přes lokalizované stavy.
3. Polaronic.

Exciton

Otvor a elektron mohou tvořit vázaný stav. Říká se tomu Wannier-Mott exciton. V tomto případě, energie fotonu, který odpovídá okraji absorpce, se snižuje o velikost hodnoty dluhopisu. S dostatečným množstvím intenzita světla Významný počet excitonů může vznikat v polovodičích. Jak se jejich koncentrace zvyšuje, dochází ke kondenzaci a vytváří se tekutina s elektronovými otvory.

Povrch polovodičů

Tato slova označují několik atomových vrstev, které se nacházejí v blízkosti hranice zařízení. Vlastnosti povrchu se liší od objemových. Přítomnost těchto vrstev narušuje translační symetrii krystalu. To vede k tzv. Povrchovým stavům a polaritonům. Rozvíjením tématu, měli bychom také informovat o spinových a vibračních vlnách. Kvůli své chemické aktivitě je povrch pokryt mikroskopickou vrstvou cizích molekul nebo atomů, které byly adsorbovány z prostředí. Určují vlastnosti těchto několika atomových vrstev. Naštěstí vytvoření ultravysoké vakuové technologie, která vytváří polovodičové prvky, umožňuje získat a udržovat čistý povrch několik hodin, což pozitivně ovlivňuje kvalitu výrobků.

Polovodič. Teplota ovlivňuje odolnost

Když teplota kovu se zvyšuje, a zvyšuje jejich odolnost. S polovodičů, opak je pravdou - za stejných podmínek, tuto možnost budou klesat. Bodem zde je, že elektrická vodivost v jakémkoliv materiálu (a tento údaj nepřímo úměrné odporu) závisí na tom, zda je nabíjecí proud nosiče jsou, na rychlosti pohybu v elektrickém poli, a jejich počet v jednotkovém objemu materiálu.

V polovodičových prvcích se zvyšuje teplota, zvyšuje se koncentrace částic, čímž se zvyšuje tepelná vodivost a odpor se snižuje. Můžete to zkontrolovat, pokud máte jednoduchou sadu mladé fyziky a potřebný materiál - křemík nebo germánium, a můžete také vyrobit polovodič z nich. Zvýšením teploty se sníží jejich odolnost. Abyste to ujistili, je třeba nahrát na měřicí zařízení, která vám umožní vidět všechny změny. To je obecně případ. Podívejme se na několik konkrétních možností.

Odolnost a elektrostatická ionizace

To je způsobeno tunelováním elektronů procházejících velmi úzkou bariérou, která dodává přibližně jednu stotinu mikrometru. Je umístěn mezi okraji energetických zón. Její vzhled je možný pouze při naklápění energetických pásů, které se vyskytují pouze pod silným elektrickým polem. Když nastane tunelování (což je kvantově-mechanický efekt), elektrony procházejí úzkou potenciální bariérou a jejich energie se nemění. To znamená zvýšení koncentrace nosičů náboje jak v pásmech vodivosti, tak ve valence. Pokud vznikne proces elektrostatické ionizace, může dojít k selhání tunelu polovodičů. Během tohoto procesu se změní odpor polovodičů. Je to reverzibilní a jakmile je vypnuté elektrické pole, budou všechny procesy obnoveny.

Odolnost a ionizující účinek

V tomto případě jsou otvory a elektrony zrychleny tak dlouho, dokud střední volná dráha pod vlivem silného elektrického pole nedosáhne hodnot, které přispívají k ionizaci atomů a prasknutí jedné z kovalentních vazeb (hlavní atom nebo nečistota). Šoková ionizace se objevuje jako lavinový a nosiče náboje se množí v lavině. V tomto případě jsou nově vytvořené otvory a elektrony zrychleny elektrickým proudem. Hodnota proudu v konečném výsledku se vynásobí koeficientem ionizačního šoku, který se rovná počtu párů elektronových děr, které tvoří nosič náboje na jednom segmentu dráhy. Vývoj tohoto procesu nakonec vede k lavinovému rozpadu polovodičů. Odpor polovodičů se také liší, ale jako v případě poruchy tunelu je reverzibilní.

Aplikace polovodičů v praxi

Zvláštní význam těchto prvků by měl být zaznamenán v počítačové technologii. Nemáme téměř pochyb o tom, že byste neměli zájem o otázku, jaké jsou polovodiče, pokud to není touha samostatně sestavit objekt s jejich použitím. Nelze si představit práci moderních chladniček, televizorů, počítačových monitorů bez polovodičů. Ne bez nich a pokročilý vývoj automobilů. Používají se také v leteckém inženýrství. Chápete, jaké jsou polovodiče, jak důležité jsou? Samozřejmě, nemůžeme říci, že jsou to jediné nenahraditelné prvky naší civilizace, ale neměly by být podceňovány.

Využití polovodičů v praxi, vzhledem k většímu množství faktorů, mezi nimi i rozšířené materiálů, ze kterých jsou vyrobeny, a snadnost zpracování a pro získání požadovaného výsledku, a jiných technických vlastností, které činí výběr vědců, kteří pracovali na elektronické zařízení, je zastavila.

Závěr

Podrobně jsme zkoumali, jaké jsou polovodiče, jak fungují. Jejich odolnost je založena na komplexních fyzikálně chemických procesech. A můžeme vás upozornit, že fakta popsaná v článku plně nerozumí tomu, co jsou polovodiče, a to z toho prostého důvodu, že ani věda nezkoumala rysy své práce až do konce. Známe však jejich základní vlastnosti a charakteristiky, které nám umožňují uplatňovat je v praxi. Proto můžete hledat polovodičové materiály a experimentovat s nimi sami, s opatrností. Kdo ví, možná se ve vás spíše skvělý vědec ?!