Ce sunt semiconductorii? Rezistența semiconductorilor

Ce este un material semiconductor? Care sunt caracteristicile sale? Care este fizica semiconductorilor? Cum se construiesc? Care este conductivitatea semiconductorilor? Ce indicatori fizici au ei?

Ce se numesc semiconductori?

Așadar, desemnați materiale cristaline care nu conduc atât energie electrică, cât și metale. Dar acest indicator este mai bun decât izolatorii. Aceste caracteristici se datorează numărului de operatori de telefonie mobilă. Dacă luăm în considerare în general, atunci există un atașament puternic față de nuclee. Dar când mai mulți atomi, de exemplu, antimoniu, care are un exces de electroni, sunt introduși în conductor, această poziție va fi corectată. Când se utilizează indiu, se obțin elemente cu o încărcătură pozitivă. Toate aceste proprietăți sunt utilizate pe scară largă în tranzistori - dispozitive speciale care pot amplifica, bloca sau trece curentul într-o singură direcție. Dacă luăm în considerare un element de tip NPN, putem constata un rol semnificativ de consolidare, care este deosebit de important în transmiterea semnalelor slabe.

Caracteristicile structurale pe care le posedă semiconductorii electrici

Conductorii au mulți electroni liberi. Izolatorii nu le au practic deloc. Semiconductorii conțin, de asemenea, un anumit număr de electroni liberi și goluri cu sarcină pozitivă, care sunt gata să accepte particulele eliberate. Și cel mai important - toate acestea conduc curent electric. Tipul de tranzistor NPN considerat anterior nu este un singur element semiconductor posibil. Deci, există tranzistoare PNP, precum și diode.

Vorbind despre aceasta din urmă pe scurt, este un astfel de element că poate transmite semnale într-o singură direcție. De asemenea, dioda poate converti un curent alternativ într-un curent constant. Care este mecanismul acestei transformări? Și de ce se mișcă într-o singură direcție? În funcție de locul în care provine curentul, electronii și omisiunile pot fie să se abată, fie să meargă mai departe. În primul caz datorită ofertei crescut furaje la distanță este întreruptă și, prin urmare, sunt transmise purtători de tensiune negativă într-o singură direcție, adică conductivitatea semiconductorilor este unilaterala. La urma urmei, curentul poate fi transmis numai dacă particulele constituente sunt aproape. Și acest lucru este posibil numai atunci când alimentarea este furnizată dintr-o parte. Aceste tipuri de semiconductori există și sunt utilizate în acest moment.

Structura zonei

Proprietățile electrice și optice ale conductorilor sunt legate de faptul că atunci când electronii umple nivelele de energie, ele sunt separate de stările posibile printr-o bandă interzisă. Care sunt caracteristicile sale? Faptul este că în zona interzisă nu există niveluri de energie. Cu ajutorul impurităților și defectelor structurale, acest lucru poate fi schimbat. Cea mai mare zonă complet umplută este numită banda de valență. Apoi urmează rezolvată, dar goală. Se numește banda de conducere. Fizica semiconductorilor este un subiect destul de interesant, iar în cadrul articolului va fi bine acoperit.

Starea electronilor

Pentru aceasta, se folosesc concepte precum numărul benzii permise și quasimomentul. Structura primului este determinată de legea de dispersie. El spune că dependența energiei de quasimomentul o influențează. Deci, dacă banda de valență este complet umplută cu electroni (care poartă sarcină în semiconductori), atunci ei spun că nu există excitări elementare în ea. Dacă dintr-un anumit motiv nu există particule, înseamnă că există o cvasi-particulă încărcată pozitiv - o trecere sau o gaură. Sunt purtători de sarcină în semiconductori din banda de valență.

Zone degenerate

Banda de valență într-un conductor tipic este degenerată de șase ori. Acest lucru este fără a ține seama de interacțiunea spin-orbită și numai atunci când quasimomentul este zero. Poate fi împărțită în aceeași condiție în zone dublu și patru ori degenerate. Distanța energetică dintre ele se numește energie de despicare pe orbită.

Impurități și defecte ale semiconductorilor

Ele pot fi inactive sau active din punct de vedere electric. Folosirea primului face posibilă obținerea unei încărcări de plus sau minus în semiconductori, care poate fi compensată prin apariția unei găuri în banda de valență sau a unui electron în zona dirijată. Impuritățile inactive sunt neutre și au un efect relativ redus asupra proprietăților electronice. Și de multe ori poate contează ce atomi de valență au, care iau parte la transferul încărcăturii și structura cristal lattice.

În funcție de tipul și cantitatea de impurități, raportul dintre numărul găurilor și electroni poate varia de asemenea. Prin urmare, materialele semiconductoare ar trebui să fie întotdeauna selectate cu atenție pentru a obține rezultatul dorit. Acest lucru este precedat de un număr semnificativ de calcule și de experimente ulterioare. Particulele, care cel mai mult numesc transportatorii principali de încărcătură, nu sunt de bază.

Dozarea introductivă a impurităților în semiconductori permite obținerea dispozitivelor cu proprietățile necesare. Defecturile din semiconductori pot fi, de asemenea, într-o stare electrică inactivă sau activă. Important aici sunt dislocarea, atomul interstițial și postul vacant. Conductoarele lichide și necristaline reacționează diferit la impurități decât conductorii cristalini. Lipsa unei structuri rigide conduce în final la faptul că atomul deplasat primește o altă valență. Acesta va fi diferit de cel cu care inițial își saturază conexiunile. Atom devine neprofitabil să dăm sau să atașăm un electron. În acest caz, devine inactivă și, prin urmare, semiconductorii de impurități au o mare șansă de eșec. Aceasta conduce la faptul că nu se poate schimba tipul de conductivitate prin dopaj și se creează, de exemplu, o joncțiune pn.

Unele semiconductoare amorfe își pot schimba proprietățile electronice sub influența dopajului. Dar acest lucru este valabil pentru ei într-o măsură mult mai mică decât la cele cristaline. Sensibilitatea elementelor amorfe la aliere poate fi îmbunătățită prin procesare. În cele din urmă, vreau să observ că datorită impurității lungi și grele de lucru semiconductorii sunt încă reprezentați de un număr de rezultate cu caracteristici bune.

Statisticile electronilor dintr-un semiconductor

Când există echilibrul termodinamic, numărul de găuri și electroni este determinat exclusiv de temperatură, de parametrii structurii benzii și de concentrația impurităților active din punct de vedere electric. Când raportul este calculat, se presupune că o parte din particule va fi în banda de conducție (la nivelul acceptorului sau al donatorului). De asemenea, se ia în considerare faptul că unii pot părăsi teritoriul valent și există lacune.

Conductivitate electrică

În semiconductori, pe lângă electroni, ionii pot acționa ca purtători de sarcină. Dar conductibilitatea lor electrică este neglijabilă în majoritatea cazurilor. Ca o excepție, pot fi citate doar supraconductorii ionici. În semiconductori există trei mecanisme principale de transfer electronic:

1. Zona principală. În acest caz, electronul intră în mișcare din cauza unei modificări a energiei sale într-o zonă permisă.
2. Sari peste stările localizate.
3. Polaron.

excitonilor

O gaură și un electron pot forma o stare legată. Se numește exciton Wannier-Mott. În acest caz, energia fotonilor, care corespunde marjei de absorbție, este redusă cu mărimea valorii obligațiunii. Cu suficient intensitatea luminii Un număr semnificativ de excitoni se poate forma în semiconductori. Pe măsură ce crește concentrația acestora, are loc condensarea și se formează un lichid cu gaură electronică.

Suprafața semiconductorului

Aceste cuvinte denotă mai multe straturi atomice care sunt situate în apropierea limitei dispozitivului. Proprietățile suprafeței diferă de cele în vrac. Prezența acestor straturi întrerupe simetria de translație a cristalului. Acest lucru duce la așa-numitele stări de suprafață și polaritoni. Dezvoltând subiectul celor din urmă, ar trebui să informăm și despre undele de spin și vibrații. Datorită activității sale chimice, suprafața este acoperită de un strat microscopic de molecule străine sau de atomi care au fost adsorbiți din mediul înconjurător. Ei determină proprietățile acestor mai multe straturi atomice. Din fericire, crearea de tehnologie de ultra-înaltă vid, în care sunt componente semiconductoare, permite să se obțină și să mențină timp de mai multe ore, suprafață curată, care afectează în mod pozitiv calitatea produselor.

Semiconductor. Temperatura afectează rezistența

Când temperatura metalelor crește, la fel și rezistența lor. Cu semiconductori este adevărat opusul - în aceleași condiții acest parametru va scădea cu ei. Problema este că conductivitatea electrică în orice material (și această caracteristică invers proporțională cu rezistența) depinde dacă purtătorii curent de sarcină sunt, pe viteza de deplasare în câmpul electric și a numărului acestora într-o unitate de volum de material.

În elementele semiconductoare, pe măsură ce crește temperatura, concentrația de particule crește, datorită căreia conductivitatea termică crește, iar rezistența scade. Puteți verifica acest lucru dacă aveți un set simplu de fizică tânără și materialul necesar - siliciu sau germaniu și puteți lua de asemenea un semiconductor din ele. Creșterea temperaturii va reduce rezistența acestora. Pentru a vă asigura de acest lucru, trebuie să stocați pe dispozitivele de măsură care vă vor permite să vedeți toate modificările. Acesta este, în general, cazul. Să ne uităm la câteva opțiuni speciale.

Rezistența și ionizarea electrostatică

Acest lucru se datorează tunelării electronilor care trec printr-o barieră foarte îngustă, care furnizează aproximativ o sută de micrometri. Acesta este situat între marginile zonelor de energie. Apariția sa este posibilă numai atunci când benzile de energie sunt înclinate, care apare numai sub influența unui câmp electric puternic. Atunci când are loc tunelul (care este un efect cuantic-mecanic), electronii trec printr-o barieră potențială îngustă și energia lor nu se schimbă. Aceasta implică o creștere a concentrației purtătorilor de sarcină, atât în ​​benzile de conductivitate, cât și în benzile de valență. Dacă se dezvoltă procesul de ionizare electrostatică, poate apărea defectarea tunelului a semiconductorului. În timpul acestui proces, rezistența semiconductorilor se schimbă. Este reversibil și imediat ce câmpul electric este oprit, toate procesele vor fi restaurate.

Rezistența și ionizarea prin impact

În acest caz, găurile și electronii sunt accelerate până testate cale liberă sub influența unui câmp electric puternic la valorile care contribuie la ionizarea atomilor și ruptura unuia dintre legăturile covalente (primare sau atom de impuritate). Ionizarea cu impact apare ca o avalanșă și avalanșă purtătorilor de sarcină se înmulțesc. Astfel, găurile și electronii nou create accelerat de curentul electric. Valoarea curentă în rezultatul final se înmulțește cu un coeficient de ionizare de impact, care este numărul de perechi electron-gol, care sunt formate pe unul din segmentul de cale purtător de sarcină. Dezvoltarea acestui proces în cele din urmă duce la dereglarea avalanșă semiconductoare. Rezistența semiconductorilor se schimbă, dar, ca și în cazul defectării tunel, reversibile.

Aplicarea semiconductorilor în practică

Importanța deosebită a acestor elemente ar trebui menționată în tehnologia informatică. Nu avem nici o îndoială că nu v-ar interesa întrebarea despre ceea ce sunt semiconductorii, dacă nu ar fi fost dorința de a asambla independent un obiect cu utilizarea lor. Este imposibil să-ți imaginezi munca frigiderelor moderne, televizoarelor, monitoarelor de calculator fără semiconductori. Nu fără ele și dezvoltarea avansată a automobilelor. Ele sunt de asemenea utilizate în ingineria aerospațială. Înțelegeți ce sunt semiconductorii, cât de importante sunt ele? Desigur, nu putem spune că acestea sunt singurele elemente de neînlocuit pentru civilizația noastră, dar nici ele nu trebuie subestimate.

Utilizarea de semiconductori, în practică, din cauza mai mult și o serie de factori, printre care pe scară largă a materialelor din care sunt realizate, și ușurința de prelucrare și pentru a obține rezultatul dorit, și alte caracteristici tehnice care fac alegerea oamenii de știință care au lucrat la echipament electronic, i-au oprit.

concluzie

Am examinat în detaliu ce sunt semiconductorii, cum funcționează. Rezistența lor se bazează pe procese complexe fizico-chimice. Și vă putem informa că faptele descrise în articol nu înțeleg pe deplin ce sunt semiconductorii din simplul motiv că nici știința nu a studiat până la capăt trăsăturile lucrărilor lor. Dar cunoaștem proprietățile și caracteristicile lor de bază, care ne permit să le aplicăm în practică. Prin urmare, puteți căuta materiale semiconductoare și experimentați-le cu dvs., respectând prudența. Cine știe, poate că un mare cercetător va dormi în tine?