Hva er en halvleder? motstand halvleder

Hva er et halvledermateriale? Hva er dens funksjoner? Hva er fysikken i halvledere? Som de er bygget? Hva er ledningsevnen halvledere? Hva er de fysiske attributter de besitter?

Hva kalles halvledere?

Det refererer til krystallinske materialer som ikke leder elektrisitet så vel, som gjør metaller. Men dette tallet er bedre enn det som er isolatorer. Disse egenskapene er på grunn av det antall mobile bærere. Hvis vi ser, generelt, det eksisterer en sterk tilknytning til kjernen. Imidlertid, når de administreres i en leder som flere atomer, for eksempel, antimon, som har et overskudd av elektroner, denne posisjonen vil bli korrigert. Ved bruk av indium stilles elementer med en positiv ladning. Alle disse egenskapene er mye brukt i transistorer - spesielle innretninger, som kan forsterke, blokk eller passerer en strøm i bare en retning. Hvis vi ser på NPN-type element, kan det observeres vesentlig styrker rollen som er særlig viktige i transmisjonen av svake signaler.

Konstruksjoner som har elektrisk halvledere

Ledere har mange frie elektroner. Isolatorer de var knapt har. Halvledere, og også inneholde en viss mengde av frie elektroner og passerer med en positiv ladning, som er klare til å ta imot den frigjorte partikler. Og viktigst av alt - de alle gjennomført en elektrisk strøm. Betraktet som tidligere NPN-type transistor - ikke er mulig enkelt halvlederelement. Så, det er flere PNP-transistorer og dioder.

Hvis vi snakker om den siste kort, er det et element som kan overføre signaler i bare én retning. Dessuten kan diode konvertere AC til DC. Hva er mekanismen for denne transformasjonen? Og hvorfor den beveger seg i én retning? Uansett hvor det er en kortsiktig, elektroner og hull kan eller spre, eller gå fremover. I det første tilfelle på grunn av den økte avstanden matetilførselen brytes, og derfor blir overført bærere negativ spenning i bare én retning, dvs. ledningsevnen til halvledere er ensidig. Tross alt, kan strømmen bli overført bare dersom de inngående partikler som er i nærheten. Og dette er bare mulig hvis strømtilførselen på den ene siden. Dette er typer av halvledere finnes og brukes i øyeblikket.

båndstruktur

Elektriske og optiske egenskaper av ledere er forbundet med det faktum at, ved fylling av energinivåene til elektroner er atskilt fra de mulige tilstander av båndgap. Hva er hennes egenskaper? Det faktum at det er ingen bandgap energinivå. Med forurensninger og strukturelle defekter kan den endres. Høyere fullt band kalles valens. Etterfulgt av en løsning, men tom. Det kalles ledningsbåndet. Fysikk av halvledere - et veldig interessant tema, og innenfor rammen av artikkel det er godt dekket.

tilstand av elektronene

Den bruker begreper som antall tillatte bandet og kvasi-momentum. Strukturen bestemmes ved den første dispersjon. Han sier at på det påvirker energiavhengighet av quasimomentum. Hvis således valensbåndet er helt fylt med elektroner (som bærer en ladning i en halvleder), sier vi at det ikke er noen elementære eksitasjoner. Hvis en eller annen grunn, partiklene ikke er det, betyr det at det er et positivt ladet quasiparticle - pass eller hull. De er de ladningsbærere i halvlederne i Valence bandet.

degenerert sonen

Den valens i en typisk leder er seks ganger degenerert. Dette er eksklusive spin-bane samhandling og bare når det krystall momentum er null. Det kan spaltes under de samme betingelser i det dobbelt og firedobbelt degenerert band. Den energien avstand mellom dem kalles energien av spinn-bane splitting.

Urenheter og defekter i halvledere

De kan være elektrisk inaktiv eller aktiv. Ved hjelp av det første gjør det mulig å få i halvledere positiv eller negativ ladning, noe som kan bli motvirket ved å fremveksten av et hull i valensbåndet eller et elektron i ledningsbåndet. Inaktive urenheter er nøytrale, og de har forholdsvis liten innflytelse på de elektroniske egenskaper. Videre kan det ofte være av betydning er valensen av disse har atomer som tar del i ladningsoverføringsprosessen, og strukturen av krystallgitteret.

Avhengig av typen og mengden av urenheter kan endres og at forholdet mellom antall hull og elektroner. Derfor halvledermaterialer bør alltid nøye utvalgt for å oppnå ønsket resultat. Dette blir etterfulgt av et stort antall beregninger, og etterfølgende eksperimentene. Partikler som mest kalles majoritet bærere, er minoritet.

Dosert innføring av urenheter i halvlederanordningen gjør det mulig å oppnå de ønskede egenskaper. Defekter i halvledere kan også være inaktiv eller aktiv elektrisk tilstand. Viktig her er forvridning, interstitiell atom og en ledig stilling. Flytende og ikke-krystallinske urenheter lederne reagerer annerledes enn krystallinsk. Mangelen på en stiv struktur til slutt resulterer i det som beveget atom får en annen valens. Det vil være forskjellig fra det som det var opprinnelig imbues sine bånd. Atom blir ulønnsomt å gi eller feste elektron. I et slikt tilfelle vil det være inaktiv og derfor urenhets halvledere har større sjanser for svikt. Dette fører til det faktum at det er umulig å endre den ledningsevnetype via doping og for å skape, for eksempel p-n-knutepunkt.

Noen amorfe halvledere kan forandre deres elektroniske egenskaper under påvirkning av doping. Men det behandler dem til en mye mindre grad enn til krystallinsk. Følsomhet for doping amorfe elementene kan forbedres ved å behandle. Til syvende og sist bør det nevnes at på grunn av de lange og harde arbeids urenhet halvledere likevel presenterer en rekke egenskaper med gode resultater.

Statistikk av elektroner i halvleder

Når det er en termodynamisk likevekt, er antallet av hull og elektroner bestemmes utelukkende av temperaturen på båndstrukturparametre, og konsentrasjonen av elektrisk aktive urenheter. Når forholdet er beregnet, er det antatt at noen av partiklene vil være i ledningsbåndet (i akseptorfasen eller donor-nivå). Er også tatt hensyn til det faktum at den delen kan forlate territoriet til valens, og det dannes hull.

ledningsevne

I halvledere, kan foruten elektroner som ladningsbærere utføre og ioner. Men deres elektriske ledningsevne i de fleste tilfeller ubetydelig. Den eneste ionisk superprovodniki kan forårsake et unntak. De halvledere er tre hovedelektronoverføringsmekanisme:

1. Hovedsonen. I dette tilfelle elektronene i bevegelse på grunn av endring av dens energi innenfor et tillatt område.
2. Hopping transport av lokaliserte tilstander.
3. Polaron.

exciton

Hullet og elektronet kan danne en bundet tilstand. Det kalles Wannier-Mott. I dette tilfellet fotonenergi, noe som tilsvarer en absorbsjon kant faller på størrelsen av koplingen oppløsning. Med tilstrekkelig intensitet av lys i halvledere kan danne en betydelig mengde av excitons. Med en økning i deres konsentrasjon kondenserer og danner elektron-hull væske.

Overflaten av halvleder

Disse ordene indikere flere atomlag, som er plassert nær grensen av anordningen. Overflateegenskaper forskjellige fra bulk. Tilstedeværelsen av disse lagene bryter translatorisk symmetri av krystallen. Dette fører til den såkalte overflate stater og polaritons. Utvikling temaet for sistnevnte, bør være mer å fortelle, og om spinn og vibrasjonsbølgene. På grunn av dets kjemiske aktivitet skjule mikroskopisk overflatelag utsiden av molekyler eller atomer som er adsorbert fra omgivelsene. De kan også bestemme egenskapene til noen få atomlag. Heldigvis tillater etablering av ultrahøyt vakuum-teknologi, hvori er halvleder-komponenter, for å oppnå og opprettholde i flere timer, ren overflate, som positivt påvirker kvaliteten av produktene.

Semiconductor. Temperaturen påvirker motstanden

Når temperaturen av metall øker, og øker deres bestandighet. Med halvledere, er det motsatte sant - på samme vilkår, dette alternativet vil de avta. Poenget her er at den elektriske ledningsevnen i et hvilket som helst materiale (og dette karakteristiske omvendt proporsjonal med motstanden) avhenger av hvorvidt ladestrømmen bærere er på bevegelseshastighet i det elektriske felt, og av deres antall i en volumenhet av materialet.

De halvlederelementer øker etter hvert som temperaturen øker konsentrasjonen av partikler, for derved å øke varmeledningsevnen og motstanden avtar. Du kan sjekke dette i nærvær av enkle sett ung fysiker og nødvendig materiale - silisium eller germanium, også kan bli tatt og laget av en halvleder dem. En økning i temperatur vil redusere deres motstand. For å bekrefte dette, må du fylle opp med de måleinstrumenter som vil se alle endringene. Dette er vanligvis tilfelle. La oss se på et par spesielle utførelser.

Motstand og elektro ionisering

Dette skyldes tunnelering av elektroner som passerer gjennom en meget smal barriere som gir ca. en hundredel av mikrometer. Det befinner seg mellom kantene av de energibånd. Dens utseende er bare mulig når bøyeenergibånd, hvilket skjer bare under påvirkning av et sterkt elektrisk felt. Når tunneling forekommer (som er en kvantemekanisk effekt), elektronene passerer gjennom potensialbarriere er smal, og det endrer ikke sin energi. Dette innebærer en økning i konsentrasjonen av ladningsbærere, og i begge soner: den ledning og valens. Hvis prosessen er å utvikle elektrostatisk ionisering, kan det være en nedbrytning av halvleder tunnelen. I løpet av denne prosessen vil den forandre motstanden halvledere. Det er reversibel, og så snart det elektriske feltet er slått av, er alle prosesser gjenopprettet.

Motstand og støtioniserings

I dette tilfelle er hullene og elektronene akselereres inntil testet fri bane under påvirkning av et sterkt elektrisk felt for å de verdiene som bidrar til ionisering av atomene og med brudd i ett av de kovalente bindinger (primære eller urenhet atom). Støtioniserings oppstår som et snøskred, og det snøskred formere ladningsbærere. Således kan de nylig opprettede hull og elektroner akselereres av den elektriske strøm. Den aktuelle verdi i det endelige resultatet multipliseres med en koeffisient på støtioniserings, som er antallet av elektron-hull-par som er dannet på en av de ladningsbærer banesegmentet. Utviklingen av denne prosessen fører til slutt til halvlederskredsammenbrudd. Motstanden av halvledere er også i endring, men, som i tilfelle av tunnelen sammenbrudd, reversible.

Bruken av halvledere i praksis

Den spesielle betydningen av disse elementene bør bemerkes i datateknologi. Nesten ingen tvil om at du ikke ville være interessert i spørsmålet om hva som er halvledere, om ikke ønsket om å uavhengig heve emnet med deres bruk. Det er umulig å forestille seg et verk av moderne kjøleskap, fjernsynsapparater, dataskjermer uten halvledere. Kan ikke gjøre uten dem, og avanserte automotive engineering. De er også brukt i luftfart og romteknologi. Forstå hva halvledere er, hvor viktig de er? Selvfølgelig, vi kan ikke si at det er kun de viktigste elementene i vår sivilisasjon, men også undervurdere dem er ikke verdt.

Bruken av halvledere i praksis, på grunn av mer og en rekke faktorer, blant dem den utbredte av de materialer som de er laget, og enkel behandling og for å oppnå ønsket resultat, og andre tekniske funksjoner som gjør valget av forskerne som jobbet på elektronisk utstyr, stoppet dem.

konklusjon

Vi har undersøkt i detalj hva halvledere, hvordan de fungerer. Grunnlaget for deres motstand lagt komplekse fysiske og kjemiske prosesser. Og du kan legge merke til at fakta ikke gir som beskrevet i artikkel fullt ut forstår at slike halvledere, av den enkle grunn at vitenskapen ikke har selv studert særegenheter av sitt arbeid til slutten. Men vi vet sine grunnleggende egenskaper og karakteristika, som tillater oss å sette dem ut i praksis. Derfor kan du søke etter materialer og halvledere å eksperimentere med dem, være forsiktig. Hvem vet, kanskje i deg slumre god forsker?!