Kaj so polprevodniki? Odpornost polprevodnikov

Kaj je polprevodniški material? Kakšne so njegove značilnosti? Kakšna je fizika polprevodnikov? Kako so zgrajene? Kakšna je prevodnost polprevodnikov? Katere fizične kazalnike imajo?

Kaj se imenujejo polprevodniki?

Tako označujejo kristalni materiali, ki ne vodijo električne energije in kovin. Toda še vedno je ta kazalnik boljši od izolatorjev. Take značilnosti so posledica števila mobilnih prevoznikov. Če upoštevamo na splošno, potem obstaja močna vez z jedri. Ampak ko se v vodnik uvede več atomov, recimo antimon, ki ima presežek elektronov, bo ta položaj popravljen. Pri uporabi indija se pridobijo elementi s pozitivnim polnjenjem. Vse te lastnosti se pogosto uporabljajo v tranzistorjih - posebne naprave, ki lahko ojačijo, blokirajo ali prenesejo tok samo v eni smeri. Če upoštevamo element tipa NPN, lahko opazimo pomembno vlogo krepitve, kar je še posebej pomembno pri prenosu šibkih signalov.

Strukturne značilnosti, ki jih imajo električni polprevodniki

Prevodniki imajo veliko prostih elektronov. Izolatorji jih sploh nimajo praktično. Polprevodniki vsebujejo tudi določeno število prostih elektronov in reže s pozitivnim nabojem, ki so pripravljeni sprejeti sproščene delce. In kar je najpomembneje - vsi vodijo električni tok. Vrsta tranzistorja NPN, ki je bila prej obravnavana, ni en sam možen polprevodniški element. Torej, obstajajo PNP-tranzistorji, pa tudi diode.

Če govorimo o slednji na kratko, je tak element, da lahko prenaša signale samo v eni smeri. Tudi dioda lahko spremeni izmenični tok v konstantno. Kakšen je mehanizem te preobrazbe? In zakaj se premika samo v eni smeri? Odvisno od toka, iz katerega prihajajo toki, se lahko elektroni in opustitve razhajajo ali pa gredo naprej. V prvem primeru se zaradi povečane razdalje prekine dobava oskrbe, zato prenos negativnih nosilcev napetosti poteka samo v eni smeri, to je, da je prevodnost polprevodnikov enostranski. Navsezadnje se lahko tok prenese le, če so sestavni delci blizu. To je mogoče le, če je napajanje na eni strani. Te vrste polprevodnikov obstajajo in se trenutno uporabljajo.

Struktura cone

Električne in optične lastnosti prevodnikov so povezane z dejstvom, da ko elektroni napolnijo energijske ravni, so ločeni od možnih stanj z prepovedanim pasom. Kakšne so njegove značilnosti? Dejstvo je, da v prepovedani coni ni ravni energije. S pomočjo nečistoč in strukturnih okvar lahko to spremenimo. Najvišja povsem napolnjena cona imenujemo valenčni pas. Nato sledi razrešeni, vendar prazni. Imenuje se conduction band. Fizika polprevodnikov je precej zanimiva tema, v okviru članka pa bo dobro pokrita.

Stanje elektronov

Za to se uporabljajo koncepti, kot sta število dovoljenega pasu in kvazimententum. Struktura prvega je določena z zakonodajo o disperziji. Pravi, da odvisnost energije od kvazimomentuma vpliva na to. Torej, če je valenčni pas popolnoma napolnjen z elektroni (ki nosijo polnjenje v polprevodnikih), potem pravijo, da v njej ni elementarnih vzbujanj. Če iz neznanega razloga ni delca, to pomeni, da obstaja pozitivno nabita kvazipodula - prehod ali luknja. Gre za nosilce polprevodnikov v valenčnem pasu.

Degenerirane cone

Valenčni pas v tipičnem prevodniku je šestkraten, degeneriran. To je brez upoštevanja spin-orbitne interakcije in samo, če je kvazimententum nič. Pod enakim pogojem se lahko razdeli v dvojno in štirikratno degenerirane cone. Energijska razdalja med njimi se imenuje spin-orbit splitting energy.

Nečistote in napake v polprevodnikih

Lahko so električno neaktivni ali aktivni. Uporaba prve omogoča polprevodnike plus ali minus, ki jih lahko kompenzira pojav luknje v valenčnem pasu ali elektronu v izvedeni coni. Neaktivne nečistoče so nevtralne in sorazmerno malo vplivajo na elektronske lastnosti. In pogosto je lahko pomembno, kaj imajo atomi valence, ki sodelujejo pri prenosu dajatve, in strukturo kristalna mreža.

Odvisno od vrste in količine nečistoč se lahko razlikuje tudi razmerje med številom lukenj in elektronov. Zato je treba za pridobitev želenega rezultata vedno skrbno izbrati polprevodniške materiale. Pred tem je veliko število izračunov in nadaljnji poskusi. Delci, ki večinoma imenujemo glavne nosilce, so neosnovni.

Dosedanje uvajanje nečistoč v polprevodnike omogoča pridobitev naprav z zahtevanimi lastnostmi. Napake v polprevodnikih so lahko tudi v neaktivnem ali aktivnem električnem stanju. Pomembno tu so dislokacija, intersticijski atom in prosto delovno mesto. Tekoči in nekristalinični prevodniki drugače reagirajo na nečistoče kot kristalni vodniki. Odsotnost toge strukture končno pripelje do dejstva, da razseljeni atom dobi drugo valenco. Drugače bo od tistega, s katerim se najprej nasiči njene povezave. Atom postane neprofitabilen, da daje ali pritrdi elektron. V tem primeru postane neaktivna, zato imajo nečistotni polprevodniki velike možnosti za neuspeh. To vodi k dejstvu, da ne moremo spremeniti vrste prevodnosti z dopingom in ustvariti, na primer, pn spoj.

Nekateri amorfni polprevodniki lahko spremenijo svoje elektronske lastnosti pod vplivom dopinga. Toda to velja za njih veliko manj kot kristalini. Občutljivost amorfnih elementov na legiranje lahko izboljšamo z obdelavo. Na koncu želim poudariti, da zaradi dolgega in trdega dela nečistoče polprevodniki še vedno predstavljajo številni rezultati z dobrimi značilnostmi.

Statistika elektronov v polprevodniku

Ko je termodinamično ravnotežje, število lukenj in elektronov se določi izključno s temperaturo, parametri pasovne strukture in koncentracijo električno aktivnih nečistoč. Ko izračunamo razmerje, se domneva, da bo del delcev v območju prevodnosti (na ravni akceptorja ali donorja). Prav tako upošteva dejstvo, da nekateri lahko zapustijo valentinsko ozemlje in obstajajo vrzeli.

Električna prevodnost

V polprevodnikih lahko poleg elektronov ioni delujejo kot nosilci polnil. Toda njihova električna prevodnost je v večini primerov zanemarljiva. Izjema so lahko samo ionski superprevodniki. V polprevodnikih obstajajo trije glavni mehanizmi elektronskega prenosa:

1. Glavno območje. V tem primeru začne elektron zaradi sprememb v svoji energiji v enem dovoljenem območju.
2. Skakanje po lokaliziranih državah.
3. Polarnost.

Exciton

Luknja in elektron lahko tvorita vezano stanje. Imenuje se Wannier-Mottov eksiton. V tem primeru, energija fotona, ki ustreza robu absorpcije, zmanjša za velikost vrednosti obveznice. Z zadostno intenzivnost svetlobe V polprevodnikih se lahko tvori veliko število eksitonov. Ko se njihova koncentracija poveča, nastane kondenzacija in nastane tekočina elektronske luknje.

Površina polprevodnika

Te besede označujejo več atomskih slojev, ki se nahajajo v bližini meje naprave. Površinske lastnosti se razlikujejo od velikosti. Prisotnost teh plasti moti translacijsko simetrijo kristala. To vodi do tako imenovanih površinskih stanj in polaritonov. Razvijati temo slednjega, moramo tudi obvestiti o spinskih in vibracijskih valovih. Zaradi svoje kemične aktivnosti je površina prekrita z mikroskopsko plastjo tujih molekul ali atomov, ki so bili adsorbirani iz okolja. Določajo lastnosti teh več atomskih slojev. Na srečo, ustvarjanje ultrahigh vakuumske tehnologije, ki ustvarja polprevodniške elemente, vam omogoča, da nekaj časa dobiš in vzdržuje čisto površino, kar pozitivno vpliva na kakovost izdelkov.

Polprevodnik. Temperatura vpliva na odpornost

Ko se temperatura kovin poveča, tudi njihova odpornost. Z polprevodniki je ravno nasprotno - pod enakimi pogoji se bo ta parameter z njimi zmanjšal. Bistvo tukaj je, da je električna prevodnost v katerem koli materialu (in to značilnost obratno sorazmerno z odpornostjo) je odvisna od tega, ali so polnjenja sedanji nosilci, od hitrosti gibanja v električnem polju, in njihovo število obsega na enoto materiala.

V polprevodniških elementih, ko temperatura raste, se koncentracija delcev povečuje, zaradi tega se toplotna prevodnost povečuje in upor zmanjša. To lahko preverite, če imate preprost nabor mladih fizik in potrebnega materiala - silicija ali germanija, lahko pa vzamete tudi polprevodnik iz njih. Povečanje temperature bo zmanjšalo njihovo odpornost. Da bi se prepričali o tem, morate zaloge na merilnih napravah, ki vam omogočajo, da vidite vse spremembe. To je na splošno tako. Poglejmo si nekaj posebnih možnosti.

Odpornost in elektrostatična ionizacija

To je posledica tuneliranja elektronov, ki potekajo skozi zelo ozko pregrado, ki oskrbuje okoli 100 cm mikrometra. Nahaja se med robovi energetskih con. Njegov videz je mogoč le, če so nagnjeni energijski pasovi, kar se zgodi le pod vplivom močnega električnega polja. Ko se pojavi tunel (ki je kvantno-mehanski učinek), elektrone prehajajo skozi ozko potencialno pregrado in njihova energija se ne spremeni. To pomeni povečanje koncentracije nosilcev polnil, tako v prevodnosti kot v valenčnih pasovih. Če se razvije proces elektrostatične ionizacije, se lahko pojavi okvara predora polprevodnika. V tem procesu se spremeni upor polprevodnikov. Je reverzibilen in takoj, ko je električno polje izklopljeno, bodo vsi procesi obnovljeni.

Odpornost in vpliv ionizacije

V tem primeru so luknje in elektroni pospešeni do testirali prosto pot pod vplivom močnega električnega polja na vrednosti, ki prispevajo k ionizacije atomov in pretrganja ene izmed kovalentne vezi (primarno ali nečistoča Atom). Šokova ionizacija se pojavi kot plazovi, nosilci polnjenja pa se množijo v plazu. V tem primeru se na novo ustvarjene luknje in elektroni pospešijo z električnim tokom. Trenutna vrednost v končni rezultat se pomnoži s koeficientom ionizacija učinka, ki je število elektronov luknjami parov, ki nastajajo na enem segmentu poti naboj nosilec. Razvoj tega procesa na koncu pripelje do okvare polprevodnikov plazu. Odpornost polprevodnikov se tudi spreminja, vendar pa, kot je v primeru okvare predora, reverzibilna.

Uporaba polprevodnikov v praksi

Poseben pomen teh elementov je treba navesti v računalniški tehnologiji. Nimamo skoraj nobenega dvoma, da vas ne zanima vprašanje, kakšni so polprevodniki, če ne bi želeli samostojno sestaviti predmeta z njihovo uporabo. Nemogoče si je predstavljati delo sodobnih hladilnikov, televizorjev, računalniških monitorjev brez polprevodnikov. Ne brez njih in naprednega razvoja avtomobilov. Uporabljajo se tudi v letalskem inženirstvu. Ali razumete, kakšni so polprevodniki, kako pomembni so? Seveda ne moremo reči, da so to edini nenadomestljivi elementi naše civilizacije, vendar jih tudi ne smemo podcenjevati.

Uporaba polprevodnikov v praksi, zaradi več in več dejavnikov, med njimi tudi razširjena od materialov, iz katerih so izdelane, in enostavnost obdelave in za pridobitev želenega rezultata, in drugimi tehničnimi lastnostmi, ki omogočajo izbiro znanstvenikov, ki so delali na elektronsko opremo, ki jih ustavil.

Zaključek

Podrobno smo preučili, kakšni so polprevodniki, kako delujejo. Njihova odpornost temelji na kompleksnih fizikalno-kemijskih procesih. In vas lahko obvestimo, da dejstva, opisana v članku, ne razumejo popolnoma polprevodnikov iz preprostega razloga, da celo znanost do konca ni preučila značilnosti svojega dela. Toda vemo njihove osnovne lastnosti in značilnosti, ki nam omogočajo, da jih uporabljamo v praksi. Zato lahko iščete polprevodniške materiale in sami poskusite z njimi, pri čemer upoštevajte previdnost. Kdo ve, morda dober raziskovalec v vas spi?!