полупроводники

Отсюда следует, что в полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются – электроны, а не основными – дырки. Допустим, в кристалле полупроводника, в котором атомы имеют по четыре валентных электрона, мы заменили один атом атомом, у которого пять валентных электронов. Этот атом своими четырьмя электронами свяжется с четырьмя соседними атомами полупроводника, а пятый валентный электрон останется «лишним» – то есть свободным.

Из-за этой конфигурации электроны не могут легко перемещаться внутри структуры. Таким образом, в стандартных условиях собственные полупроводники ведут себя как изолятор. Проводники – имеют свободные носители зарядов, участвующие в тепловом движении, перемещаясь по всему телу вещества. Простым языком те вещества, которые хорошо проводят через себя электричество, и передают его от одного заряженного тела, к другому. Открытие транзисторов породило совершенно новую индустрию, причем главным их покупателем стали военные, а чуть позже и НАСА. Лидером отрасли, помимо Bell, стала компания Philco, транзисторы которой первые годы были даже быстрее.

Собственная проводимость полупроводника

“Лишний” электрон от каждого легирующего атома действует как отрицательный заряд, поэтому полупроводники этого типа называются отрицательными или N-типа. В примесях первого вида энергетические уровни электронов примеси располагаются в запрещенной зоне полупроводника вблизи зоны проводимости. Поэтому атомы примеси, являясь поставщиками электронов в зону проводимости, легко отдают в нее электроны, поскольку электронам при этом следует сробщить меньшую энергию ∆Е1, а не ∆Е, как в полупроводнике без примеси. Примесные уровни при температуре выше абсолютного нуля отдают свои электроны в зону проводимости тем интенсивнее, чем выше температура полупроводника. Примесные уровни такого вида называются донорными уровнями, а сами примеси — донорами (donarе — дарить, лат.).

Кризис полупроводников

В микроволновых печах есть полупроводник, необходимый для создания тепла. Она изменяется при температурном воздействии на тело или при добавлении примесей. Так, атом фосфора (рис.1), встроенный в кристаллическую решётку кремния, имеет один лишний электрон в сравнении с атомом кремния.

Введение в полупроводник атомов соответствующей примеси способствует образованию дополнительных носителей тока, что приводит к повышению электропроводности иногда в десятки миллионов раз. В чистом  полупроводнике «поставщиком» электронов в зону проводимости может быть валентная зона. Введение примесей в полупроводник должно  способствовать переходу электронов в зону проводимости. Вследствие теплового возбуждения происходит ионизация отдельных атомов кристаллической решетки, т. Некоторые из валентных электронов становятся свободными, обусловливая электронную проводимость германия.

• Например, широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si.
• У них всего три электрона в валентной оболочке, поэтому на месте четвертой связи у кремния образуется пустота (дырка).
• Они могут проводить ток только на своей поверхности, в то время как внутренняя часть материала остается изолятором.
• Поэтому уже при комнатной температуре все свободные электроны донорной примеси находятся в зоне проводимости.
• Так при введении в кремний атомов фосфора, четыре его электрона связываются с четырьмя электронами кремния, а пятый электрон фосфора оказывается слабо связан с ядром атома и делается свободным.
• Это открытие привело к разработке технологии «выпрямления», то есть преобразования переменного тока в постоянный — именно такой механизм лежит в основании радиотехники.
• МОП-транзисторы имеют металлический электрод затвора поверх оксидного изолятора, который сам прикреплен к пластинке полупроводникового материала.
• В роли изоляторов выступают благородные газы, такие как гелий и неон, а медь и другие металлы являются проводниками, которые позволяют электронам свободно перемещаться по материалу.
• Таким образом, проводимость полупроводника определяется как движением электронов в зоне проводимости, так и движением электронов в валентной зоне, однако принято считать, что в валентной зоне перемещаются не электроны, а дырки.
• Дорожки создают из тончайшего металла путём вакуумного напыления.
• Без этих «кусочков кремния» мы бы так и не смогли иметь ни персональный компьютер, ни мобильный телефон, ни все те достижения науки и техники, которые так привычны для нас.

В данной статье я рассмотрю в основном кремний Si, как наиболее распространённый материал, используемый изготовлении современных радиоэлектронных компонентов. Для сборки радиоэлектронного устройства можно преобрески DIY KIT набор по ссылке. Как пример рассмотрим кристаллическую структуру типичного полупроводника – кремния (Si) (рис. 1.67). При охлаждении же металлического проводника его сопротивление уменьшается, а в полупроводнике – увеличивается. Принцип его работы основан на изменении электрической ёмкости p-n-перехода в зависимости от приложенного обратного напряжения.

Полупроводниковый диод состоит из двух типов полупроводников — дырочного и электронного. В процессе контакта между этими областями из области с полупроводником n-типа в область с полупроводником p-типа проходят электроны, которые затем рекомбинируют с дырками. Вследствие этого возникает электрическое поле между двумя областями, что устанавливает предел деления полупроводников — так называемый p-n переход.

Забегая вперед, отметим, что и для современных интегральных микросхем германий не подходит. Физики знали, что гораздо более удобным полупроводником является кремний. Об этом было известно и военным, которые требовали разработать универсальные и жаропрочные кремниевые транзисторы. Полупроводники — это вещества с особыми свойствами проводимости электричества.

Благодаря своей способности передавать электричество (но только при определённых условиях), полупроводники могут выступать в качестве датчиков, излучателей или их комбинированной формы – транзистора. На данный момент существует слишком много областей применения, чтобы их перечислять, но вот три наиболее важных, каждая из которых по-своему демонстрирует ключевые свойства полупроводника. Всем хорошо известно, что полупроводники лежат в основе большинства электронных устройств, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как они работают?

Полупроводники по электропроводности занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. If you beloved this article and also you would like to receive more info pertaining to https://ebvnews.ru/ please visit our web-site. К полупроводникам относится большая группа веществ (Si, Ge и др.). В отличие от металлов с ростом температуры удельное сопротивление полупроводников уменьшается. На основе полупроводниковых кристаллов создаются интегральные схемы, в которых сотни тысяч элементов соединяются в единую электрическую цепь. Проводимость полупроводника, возникающая в полупроводнике вследствие нарушения валентных связей, называется собственной проводимостью. Это направленное движение дырок от одного атома к другому соответствует движению положительных зарядов через полупроводник, а следовательно, и протеканию через полупроводник тока в направлении движения дырок.

В результате столкновений с ионами и атомами часть свободных электронов теряет энергию. Они возвращаются в валентную зону и занимают свое место в парноэлектронных связях. Наконец, устанавливается динамическое равновесие между освобождающимися электронами и возвращающимися в валентную зону. Эти материалы используются для изготовления полупроводниковых компонентов, таких как диоды, транзисторы и интегральные схемы, которые являются основой современных технологий. Подвижностью носителей заряда называют пропорциональность между дрейфовой скоростью носителей заряда и величиной электрического тока. Этот показатель зависит от массы свободных носителей (электронов).

Вместо этого они следуют законам квантовой механики, описывающим вероятность их нахождения в различных точках пространства. «Одинаковые заряды отталкиваются» — это также правило, определяющее места, которые электроны выбирают для размещения вокруг своих атомов-хозяев. Полупроводники используются при создании транзисторов, термисторов, светодиодов, фотоэлементов, интегральных схем. Примесные полупроводники электрически нейтральны и обладают проводимостью, определяемой видом примеси. Особенную важность этих элементов следует отметить в компьютерных технологиях.

• Каждый новый улучшенный технологический узел позволяет заводам и литейным предприятиям реализовать больше функций в одном чипе.
• Здесь электрический ток циркулирует через материал благодаря избытку свободных электронов, обеспечиваемых легирующей добавкой.
• Полупроводники — это материалы, которые способны проводить или, наоборот, блокировать прохождение электрического тока при определенных условиях.
• В совокупности это делает его востребованным при выпуске электронных приборов ограничения перенапряжения, варисторов, разрядников, тиристоров и иных коммутационных устройств, а также для высоковольтных диодов.
• Их главными преимуществами являются низкая стоимость, возможность производства на гибких и прозрачных подложках, а также потенциальная экологическая совместимость.
• На термисторы похожи фоторезисторы, в которых изменение сопротивления происходит при освещении их видимым светом.
• Такие кристаллы изготавливаются с помощью внесения примесей с атомами трехвалентного или пятивалентного химического элемента.
• Чем больше энергия, тем дальше от ядра атома находится орбита электрона, то есть выше его энергетический уровень.
• При повышении температуры межатомная связь начинает нарушаться за счёт увеличения энергии и тепловых колебаний атомов в решётке.
• В результате атом фосфора приобретает единичный положительный заряд.
• Благородные газы, такие как гелий и неон, являются плохими проводниками электричества, поэтому мы называем их электрическими изоляторами.

Этому предшествует значительное количество расчетов, а в последующем и экспериментов. Частицы, которые большинство называют основными носителями заряда, являются неосновными. Важная особенность рассматриваемых материалов – они могут обладать особым типом проводимости – дырочной. В электронной оболочке атома в момент отрыва и ухода электрона образуется свободное место, которое принято именовать дыркой. Соответственно, дырка имеет положительный заряд, направление движения противоположно потоку электронов.

Применение полупроводников не ограничивается вышеперечисленными областями. Существуют изделия с тремя и более p-n переходами или вообще без них. Варистор – резистор с сопротивлением, зависящим от величины протекающего тока, тоже полупроводниковый элемент.

• Если к полупроводнику приложить напряжение, то электроны начнут двигаться от одних атомов к соседним в определенном направлении.
• Кроме кремния в качестве полупроводников используют селен, серое олово, мышьяк, бор, фосфор, серу, теллур, органические вещества и некоторые химические соединения.
• Интегральные схемы (IC) представляют собой комплекс полупроводниковых компонентов, таких как транзисторы, диоды и резисторы, объединенных на одном кристалле полупроводника.
• Производство станков и комплектующих, программное обеспечение находятся в разных государствах.
• При температуре, близкой к абсолютному нулю полупроводник не проводит ток, так как в нем нет свободных электронов.
• Граничная частота прямых переходов кремния больше 3 эВ, то есть лежит в ультрафиолетовой области спектра.
• В 4-х валентное полупроводниковое вещество (кремний) добавляется 3-х валентная примесь (индий) в небольшом объеме.
• Волоконно-оптическая связь используется в телекоммуникациях, интернете, кабельном телевидении и других сетевых системах для передачи данных на большие расстояния с высокой скоростью.
• Но это относится к ним в значительно меньшей степени, чем к кристаллическим.
• Концентрация свободных носителей заряда уменьшается с ростом температуры, а подвижность носителей заряда увеличивается.

Одна связь остается незаполненной, что эквивалентно образованию положительного иона. В этом случае концентрация электронов будет меньше, чем положительных дырок. Примеси, которые образуют полупроводник р-типа, называют акцепторами. Оптоэлектроника – это область науки и техники, изучающая взаимодействие света и полупроводниковых материалов. Она включает разработку и применение устройств, которые могут генерировать, обрабатывать, передавать и детектировать световые сигналы.