Co jsou to polovodiče? Odpor polovodičů

Jaký je 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 silné připoutání k jádru. Ale když se do vodiče zavede několik atomů, například antimonu, které má nadbytek elektronů, bude tato pozice opravena. Při použití india se získají prvky s kladným nábojem. Všechny tyto vlastnosti jsou široce používány v tranzistorech - speciálních zařízeních, která mohou zesilovat, zablokovat nebo přenášet proud pouze jedním směrem. Pokud uvážíme prvek typu NPN, pak můžeme zaznamenat významnou zesilující roli, která je obzvláště důležitá při přenosu slabých signálů.

Konstrukční vlastnosti elektrických polovodičů

Vodiče mají mnoho volných elektronů. Izolátory prakticky nemají vůbec. Polovodiče také obsahují určitý počet volných elektronů a mezery s kladným nábojem, které jsou připraveny k přijetí uvolněných částic. A co je nejdůležitější - všichni vedou 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 dokáže vysílat signály pouze jedním směrem. Také dioda dokáže převést střídavý proud na konstantní. Jaký je mechanismus takové transformace? A proč se pohybuje pouze jedním směrem? V závislosti na tom, odkud proud pochází, mohou se elektrony a opomenutí buď rozptýlit nebo se setkat do poloviny. V prvním případě je kvůli zvětšení vzdálenosti přerušen dodávky napájení, a proto se přenos negativních nosičů napětí provádí pouze v jednom směru, to znamená, že vodivost polovodičů je jednostranná. Koneckonců, proud může být přenášen pouze v případě, že částice tvořící se v blízkosti jsou. A to je možné pouze při napájení z jedné strany. Tyto typy polovodičů existují a jsou v současné době používány.

Struktura zón

Elektrické a optické vlastnosti vodičů jsou způsobeny skutečností, že když elektrony naplní energii, 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 lze to 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 av 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. Pokud je valenční pás úplně naplněn elektrony (které nesou náboj v polovodičích), pak říkají, že v nich 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 pás v typickém dirigentu je degenerován šestkrát. To je bez ohledu na interakci spin-orbitu a pouze tehdy, když je quasimomentum nulový. Může se rozdělit za stejných podmínek na dvojité 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, co má valence atomy, které se podílejí na přenosu náboje a struktuře krystalové mříže.

V závislosti na typu a množství nečistot se poměr mezi počtem otvorů a elektrony může lišit. Proto musí být materiály polovodičů 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.

Dosavadní zavedení nečistot do polovodičů umožňuje získat zařízení s požadovanými vlastnostmi. Poruchy v polovodičích mohou být také v neaktivním nebo aktivním elektrickém stavu. Důležité je zde dislokace, intersticiální atom a neobsazenost. Kapalné a nekrystalické vodiče reagují odlišně na nečistoty než krystalické vodiče. Absence rigidní struktury nakonec vede k tomu, že vysídlený atom přijímá další valence. Bude se lišit od původního saturace jeho spojení. Atom se stává nerentabilní dát nebo připojit elektron. V tomto případě se stává neaktivní, a proto nečisté polovodiče mají velkou šanci selhání. To vede k tomu, že člověk nemůže změnit typ vodivosti dopováním a vytvořit např. Pn křižovatku.

Některé amorfní polovodiče mohou změnit své elektronické vlastnosti pod vlivem dopingu. Ale to platí pro ně mnohem méně, než krystalické. Citlivost amorfních prvků k legování může být zlepšena zpracováním. Nakonec chci upozornit, 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 děr a elektronů je určen pouze 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 část může opustit valenté 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. Zóna hlavní zóny. V tomto případě se elektron přichází do pohybu v důsledku změny jeho energie v rámci jedné povolené oblasti.
2. Znášení přenosu přes lokalizované stavy.
3. Polaronic.

Exciton

Otvor a elektron mohou tvořit vázaný stav. Říká se tomu Wannier-Mott exciton. V tomto případě fotonová energie, která odpovídá absorpční hraně, se snižuje o velikost hodnoty dluhopisu. Při dostatečné intenzitě osvětlení se v polovodičích může vytvářet značné množství excitonů. Jak se jejich koncentrace zvyšuje, dochází ke kondenzaci a vzniká kapalina 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 polaritům. Při rozvoji tématu bychom měli 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 vytváření ultrahigh vakuové technologie, ve které jsou vytvořeny polovodičové prvky, nám umožňuje získat a udržovat čistý povrch několik hodin, což pozitivně ovlivňuje kvalitu výrobků.

Polovodič. Teplota ovlivňuje odolnost

Když se zvyšuje teplota kovů, tak i jejich odolnost. U polovodičů je pravý opak - za stejných podmínek se tento parametr sníží. Důvodem je, že elektrická vodivost jakéhokoli materiálu (a tato charakteristika je nepřímo úměrná odporu) závisí na náboji proudových nosičů, rychlosti jejich pohybu v elektrickém poli a jejich počtu v jedné jednotce objemu materiálu.

V polovodičích 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 germanium, můžete také vyrobit z nich polovodič. Zvýšením teploty se sníží jejich odolnost. Abyste se o to ujistili, je třeba, abyste si ukládali měřidla, která vám umožní vidět všechny změny. To je v obecném případě. 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 naklonění energetických pásů, které se vyskytují pouze pod silným elektrickým polem. Když nastane tunelování (což je kvantově-mechanický efekt), elektrony projíždí úzkou potenciální bariérou a jejich energie se nemění. To má za následek zvýšení koncentrace nosičů náboje, jak ve vodivosti, tak ve valenčních pásmech. Pokud budeme vyvíjet proces elektrostatické ionizace, pak může dojít k selhání tunelu polovodičů. Během tohoto procesu se změní odpor polovodičů. Je to reverzibilní a jakmile bude vypnuté elektrické pole, budou všechny procesy obnoveny.

Odolnost a ionizující účinek

V tomto případě jsou otvory a elektrony zrychleny tak dlouho, dokud průměrná 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 dopadu, který se rovná počtu párů elektron-díry, 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. Nepochybujeme o tom, že byste neměli zájem o otázku, jaké jsou polovodiče, pokud by nebylo 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.

Použití polovodičů v praxi je také způsobeno řadou faktorů, mezi které patří široká prevalence materiálů, z nichž jsou vyráběny, snadnost zpracování a získání požadovaného výsledku a další technické vlastnosti, které učinily výběr vědců, kteří vyvinuli elektronické technologie.

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 zcela nerozumí tomu, co jsou polovodiče, z jednoduchého důvodu, že ani věda neprozkoumala specifika své práce až do konce. Ale známe jejich základní vlastnosti a vlastnosti, které nám umožňují jejich praktické uplatnění. Proto můžete hledat polovodičové materiály a experimentovat s nimi sami, opatrně. Kdo ví, možná se ve vás spíše skvělý vědec ?!