Ano ang semiconductor

Kasama ang mga conductor ng kuryente, maraming mga sangkap sa kalikasan na may makabuluhang mas mababang electrical conductivity kaysa sa mga metal conductor. Ang mga sangkap ng ganitong uri ay tinatawag na semiconductor.

Kasama sa mga semiconductor ang: ilang mga elemento ng kemikal tulad ng selenium, silicon at germanium, mga compound ng sulfur tulad ng thallium sulfide, cadmium sulfide, silver sulfide, carbides tulad ng carborundum, carbon (diamond), boron, tin, phosphorus, antimony, arsenic, tellurium, iodine , at isang number compound na kinabibilangan ng hindi bababa sa isa sa mga elemento ng 4 — 7 na pangkat ng sistemang Mendeleev. Mayroon ding mga organikong semiconductor.

Ang likas na katangian ng electrical conductivity ng semiconductor ay depende sa uri ng mga impurities na nasa base material ng semiconductor at sa manufacturing technology ng mga constituent parts nito.

Semiconductor — sangkap na may electrical conductivity 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 na matatagpuan sa mga katangiang ito sa pagitan ng konduktor at ng insulator.Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga conductor, semiconductors at insulators ayon sa teorya ng banda ay ang mga sumusunod: sa purong semiconductors at electronic insulators mayroong isang ipinagbabawal na banda ng enerhiya sa pagitan ng napuno (valence) na banda at ng banda ng pagpapadaloy.

Bakit ang mga semiconductor ay nagsasagawa ng kasalukuyang

Ang isang semiconductor ay may electronic conductivity kung ang mga panlabas na electron sa mga impurity atoms nito ay medyo mahinang nakagapos sa nuclei ng mga atoms na iyon. Kung ang isang electric field ay nilikha sa ganitong uri ng semiconductor, pagkatapos ay sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng field na ito, ang mga panlabas na electron ng mga impurity atoms ng semiconductor ay aalis sa mga hangganan ng kanilang mga atomo at magiging mga libreng electron.

Ang mga libreng electron ay lilikha ng isang de-koryenteng pagpapadaloy ng kasalukuyang sa semiconductor sa ilalim ng impluwensya ng mga puwersa ng electric field. Samakatuwid, ang likas na katangian ng electric current sa electrically conducting semiconductors ay kapareho ng sa metallic conductors. Ngunit dahil maraming beses na mas kaunti ang mga libreng electron sa bawat unit volume ng isang semiconductor kaysa sa bawat unit volume ng isang metallic conductor, natural na, lahat ng iba pang mga kondisyon ay pareho, ang kasalukuyang sa isang semiconductor ay maraming beses na mas maliit kaysa sa isang metallic. konduktor.

Ang isang semiconductor ay may "butas" na kondaktibiti kung ang mga atomo ng karumihan nito ay hindi lamang ibibigay ang kanilang mga panlabas na electron, ngunit, sa kabaligtaran, ay may posibilidad na makuha ang mga electron ng mga atomo ng pangunahing sangkap ng semiconductor. Kung ang isang impurity atom ay nag-aalis ng isang elektron mula sa isang atom ng pangunahing sangkap, pagkatapos ay sa huli ay nabuo ang isang uri ng libreng puwang para sa isang elektron - isang "butas".

Ang semiconductor atom na nawalan ng electron ay tinatawag na "electron hole" o simpleng "hole".Kung ang "butas" ay napuno ng isang elektron na inilipat mula sa isang kalapit na atom, pagkatapos ito ay aalisin at ang atom ay nagiging neutral sa kuryente, at ang "butas" ay lumipat sa kalapit na atom na nawalan ng isang elektron. Samakatuwid, kung ang isang electric field ay inilapat sa isang semiconductor na may «hole» conduction, ang «electron holes» ay lilipat sa direksyon ng field na ito.

Ang bias ng «Electron holes» sa direksyon ng pagkilos ng isang electric field ay katulad ng paggalaw ng mga positibong electric charge sa isang field at samakatuwid ay isang phenomenon ng electric current sa isang semiconductor.

Ang mga semiconductor ay hindi maaaring mahigpit na maiiba ayon sa mekanismo ng kanilang electrical conductivity, dahil kasama ng "Hole" conductivity, ang semiconductor na ito ay maaaring magkaroon ng electronic conductivity sa isang degree o iba pa.

Ang mga semiconductor ay nailalarawan sa pamamagitan ng:

• uri ng kondaktibiti (electronic - n-type, hole -p -type);

• paglaban;

• panghabambuhay ng charge carrier (minoridad) o haba ng diffusion, rate ng recombination sa ibabaw;

• density ng dislokasyon.

Tingnan din: Kasalukuyang-boltahe na mga katangian ng semiconductors Ang silikon ay ang pinakakaraniwang materyal na semiconductor

Ang temperatura ay may mga nilalang na nakakaapekto sa mga katangian ng semiconductors. Ang pagtaas nito ay pangunahing humahantong sa pagbaba ng paglaban at kabaliktaran, i.e. Ang mga semiconductor ay nailalarawan sa pagkakaroon ng negatibo koepisyent ng temperatura ng paglaban… Malapit sa absolute zero, ang semiconductor ay nagiging insulator.

Maraming mga aparato ay batay sa semiconductors. Sa karamihan ng mga kaso, dapat silang makuha sa anyo ng mga solong kristal.Upang maibigay ang ninanais na mga katangian, ang mga semiconductor ay doped na may iba't ibang mga impurities. Ang mas mataas na mga kinakailangan ay ipinapataw sa kadalisayan ng mga panimulang materyales ng semiconductor.

Mga aparatong semiconductor

Semiconductor heat treatment

Heat treatment ng isang semiconductor — pag-init at paglamig ng isang semiconductor ayon sa isang ibinigay na programa upang mabago ang mga electrophysical na katangian nito.

Mga Pagbabago: pagbabago ng kristal, densidad ng dislokasyon, konsentrasyon ng mga bakante o mga depekto sa istruktura, uri ng conductivity, konsentrasyon, kadaliang kumilos at habang-buhay ng mga tagadala ng singil. Ang huling apat, bilang karagdagan, ay maaaring nauugnay sa pakikipag-ugnayan ng mga impurities at mga depekto sa istruktura o sa pagsasabog ng mga impurities sa karamihan ng mga kristal.

Ang pag-init ng mga sample ng germanium sa temperatura na >550 °C na sinusundan ng mabilis na paglamig ay nagreresulta sa paglitaw ng mga thermal acceptor sa mga konsentrasyon kung mas mataas ang temperatura. Ang kasunod na pagsusubo sa parehong temperatura ay nagpapanumbalik ng paunang pagtutol.

Ang posibleng mekanismo ng hindi pangkaraniwang bagay na ito ay ang paglusaw ng tanso sa germanium lattice na nagkakalat mula sa ibabaw o dati ay idineposito sa mga dislokasyon. Ang mabagal na pagsusubo ay nagiging sanhi ng pagdeposito ng tanso sa mga depekto sa istruktura at lumabas sa sala-sala. Posible rin ang paglitaw ng mga bagong depekto sa istruktura sa panahon ng mabilis na paglamig. Ang parehong mga mekanismo ay maaaring mabawasan ang buhay, na kung saan ay itinatag sa eksperimento.

Sa silikon sa temperatura na 350 — 500 °, ang pagbuo ng mga thermal donor ay nangyayari sa mga konsentrasyon nang mas mataas, mas maraming oxygen ang natutunaw sa silikon sa panahon ng paglaki ng kristal. Sa mas mataas na temperatura, ang mga donor ng init ay nawasak.

Ang pag-init sa mga temperatura sa hanay na 700 — 1300 ° ay makabuluhang binabawasan ang buhay ng mga carrier ng minority charge (sa > 1000 ° ang mapagpasyang papel ay ginagampanan ng pagsasabog ng mga impurities mula sa ibabaw). Ang pag-init ng silikon sa 1000-1300 ° ay nakakaapekto sa optical absorption at scattering ng liwanag.

Paglalapat ng semiconductor

Sa modernong teknolohiya, natagpuan ng mga semiconductor ang pinakamalawak na aplikasyon; nagkaroon sila ng napakalakas na epekto sa pag-unlad ng teknolohiya. Salamat sa kanila, posible na makabuluhang bawasan ang timbang at sukat ng mga elektronikong aparato. Ang pag-unlad ng lahat ng mga lugar ng electronics ay humahantong sa paglikha at pagpapabuti ng isang malaking bilang ng magkakaibang kagamitan batay sa mga aparatong semiconductor. Ang mga aparatong semiconductor ay nagsisilbing batayan para sa mga microcell, micromodules, hard circuit, atbp.

Ang mga elektronikong device na nakabatay sa mga semiconductor device ay halos inertialess. Ang isang maingat na itinayo at mahusay na selyadong semiconductor na aparato ay maaaring tumagal ng sampu-sampung libong oras. Gayunpaman, ang ilang mga materyales ng semiconductor ay may maliit na limitasyon sa temperatura (halimbawa, germanium), ngunit hindi napakahirap na kompensasyon sa temperatura o pagpapalit ng batayang materyal ng aparato sa isa pa (halimbawa, silikon, silikon karbid) higit sa lahat ay nag-aalis ng kakulangan na ito. ng teknolohiya sa pagmamanupaktura ng semiconductor na aparato ay nagreresulta sa pagbawas ng umiiral pa ring parameter dispersion at kawalang-tatag.

Semiconductor sa electronics

Ang semiconductor-metal contact at electron-hole junction (n-p junction) na nilikha sa semiconductors ay ginagamit sa paggawa ng semiconductor diodes.Double junctions (p-n-p o n-R-n) — transistors at thyristors. Ang mga device na ito ay pangunahing ginagamit upang itama, bumuo at palakasin ang mga signal ng kuryente.

Ang mga photoelectric na katangian ng semiconductors ay ginagamit upang lumikha ng mga photoresistor, photodiodes, at phototransistor. Ang semiconductor ay nagsisilbing aktibong bahagi ng mga oscillator (amplifier) ​​ng mga oscillations mga laser ng semiconductor… Kapag ang isang electric current ay dumaan sa pn junction sa pasulong na direksyon, ang mga charge carrier—mga electron at hole—ay muling nagsasama sa paglabas ng mga photon, na ginagamit upang lumikha ng mga LED.

mga LED

Ang mga katangian ng thermoelectric ng semiconductors ay naging posible upang lumikha ng mga semiconductor thermoelectric resistance, semiconductor thermocouples, thermocouples at thermoelectric generators at thermoelectric cooling ng semiconductors batay sa Peltier effect, - thermoelectric refrigerators at thermostabilizers.

Ang mga semiconductor ay ginagamit sa mekanikal na init at solar energy converter sa mga de-koryenteng — thermoelectric generators at photoelectric converter (solar cells).

Ang mekanikal na stress na inilapat sa isang semiconductor ay nagbabago sa electrical resistance nito (ang epekto ay mas malakas kaysa sa mga metal), na siyang batayan ng semiconductor strain gauge.

Ang mga aparatong semiconductor ay naging laganap sa pagsasanay sa mundo, na nagbabago ng mga elektroniko, nagsisilbi silang batayan para sa pagbuo at paggawa ng:

• kagamitan sa pagsukat, kompyuter,

• kagamitan para sa lahat ng uri ng komunikasyon at transportasyon,

• para sa automation ng proseso ng industriya,

• mga kagamitan sa pananaliksik,

• rocket,

• kagamitang medikal

• iba pang mga elektronikong kagamitan at kagamitan.

Ang paggamit ng mga aparatong semiconductor ay nagbibigay-daan sa iyo upang lumikha ng mga bagong kagamitan at pagbutihin ang luma, na nangangahulugang binabawasan nito ang laki, timbang, pagkonsumo ng kuryente at, samakatuwid, binabawasan ang pagbuo ng init sa circuit, pagtaas ng lakas, kagyat na kahandaan para sa pagkilos, nagbibigay ito. pinahihintulutan kang pataasin ang buhay ng serbisyo at pagiging maaasahan ng mga elektronikong device.