Vad är halvledare? Halvledarresistens

Vad är halvledarmaterialet? Vilka är dess egenskaper? Vad är halvledars fysik? Hur är de byggda? Vad är ledningsförmåga hos halvledare? Vilka fysiska indikatorer har de?

Vad heter halvledare?

Så betecknar kristallina material som inte leder elektricitet såväl som metaller gör. Men fortfarande är denna indikator bättre än isolatorn har. Sådana egenskaper beror på antalet mobiloperatörer. Om vi överväger i allmänhet är det en stark anknytning till kärnorna. Men när flera atomer, säger antimon, som har ett överskott av elektroner, införs i ledaren, kommer denna position att korrigeras. När indium används, erhålls element med positiv laddning. Alla dessa egenskaper används ofta i transistorer - speciella enheter som kan förstärka, blockera eller överföra strömmen i endast en riktning. Om vi betraktar ett NPN-typelement kan vi notera en betydande förstärkande roll, vilket är särskilt viktigt vid överföring av svaga signaler.

Konstruktionsegenskaper hos elektriska halvledare

Ledare har många fria elektroner. Isolatorer har inte praktiskt taget dem alls. Halvledare innehåller också ett visst antal fria elektroner och luckor med positiv laddning, som är redo att acceptera de frigjorda partiklarna. Och viktigast av allt - de utför alla elektriska ström. Den typ av NPN-transistor som anses tidigare är inte ett enda möjligt halvledarelement. Så det finns PNP-transistorer, liksom dioder.

När man talar om det senare kortfattat är det ett sådant element att det bara kan sända signaler i en riktning. Dioden kan också omvandla en växelström till en konstant. Vad är mekanismen för en sådan omvandling? Och varför rör han sig bara i en riktning? Beroende på var strömmen kommer från kan elektroner och utelämnanden antingen avvika eller mötas halvvägs. I det första fallet, på grund av ökningen i avstånd, avbryts tillförseln av tillförsel, och överföringen av negativa spänningsbärare utförs därför endast i en riktning, dvs ledningsförmågan hos halvledarna är ensidig. Strömmen kan trots allt bara överföras om de ingående partiklarna är nära varandra. Och detta är bara möjligt när strömmen levereras från ena sidan. Dessa typer av halvledare finns och används för tillfället.

Zonstruktur

Ledarens elektriska och optiska egenskaper beror på det faktum att när elektroner fyller energinivåer separeras de från möjliga tillstånd av ett förbjudet band. Vilka är dess egenskaper? Faktum är att det inte finns några energinivåer i den förbjudna zonen. Med hjälp av föroreningar och strukturella defekter kan detta ändras. Den högst fullständigt fyllda zonen kallas valensbandet. Sedan följer den löst, men tom. Det kallas ledningsbandet. Halvledarens fysik är ett ganska intressant ämne, och inom ramen för artikeln kommer den att bli väl täckt.

Statens elektroner

För detta används begrepp som antalet tillåtna band och kvasimomentum. Strukturen av den första bestäms av dispersionslagen. Han säger att beroende av energi på kvasimomentum påverkar det. Så, om valensbandet är helt fyllt med elektroner (som bär laddning i halvledare), så säger de att det inte finns några elementära excitationer i den. Om det för någon anledning inte finns någon partikel, betyder det att det finns en positivt laddad kvasipartikel - ett pass eller ett hål. De är laddningsbärare i halvledare i valensbandet.

Degenerera zoner

Valensbandet i en typisk ledare är sexfaldig degenererad. Detta är utan att ta hänsyn till spin-orbit-interaktionen och endast när kvasimomentum är noll. Den kan delas under samma förhållande till dubbelt och fyrdubbelt degenererade zoner. Energiavståndet mellan dem kallas spin-orbit-splittningsenergin.

Orenheter och defekter i halvledare

De kan vara elektriskt inaktiva eller aktiva. Användningen av den tidigare gör det möjligt att få en plus- eller minusavgift i halvledare, vilket kan kompenseras genom att ett hål i valensbandet eller en elektron i den genomförda zonen uppträder. Inaktiva föroreningar är neutrala, och de har relativt liten effekt på elektroniska egenskaper. Och ofta kan det betyda vad valensen har atomer som deltar i laddningens överföring och kristallgitterets struktur .

Beroende på typen och mängden föroreningar kan förhållandet mellan antalet hål och elektroner variera. Därför måste halvledarmaterial alltid väljas noggrant för att erhålla önskat resultat. Detta föregås av ett betydande antal beräkningar och efterföljande experiment. Partiklar, som de flesta kallar huvudladdare, är icke-grundläggande.

Doserad införande av föroreningar i halvledare gör det möjligt att erhålla apparater med erforderliga egenskaper. Fel i halvledare kan också vara i ett inaktivt eller aktivt eltillstånd. Viktigt här är dislokation, interstitiell atom och ledighet. Vätskeformiga och icke-kristallina ledare reagerar annorlunda mot orenheter än kristallina ledare. Frånvaron av en styv struktur resulterar så småningom i att den förskjutna atomen får en annan valens. Det kommer att vara annorlunda än det med vilket det ursprungligen mättar dess anslutningar. Atomen blir olönsam att ge eller bifoga en elektron. I det här fallet blir det inaktivt, och därför har föroreningar halvledare en stor chans att misslyckas. Detta leder till att man inte kan ändra konduktivitetstypen genom dopning och skapa till exempel en pn-korsning.

Vissa amorfa halvledare kan ändra sina elektroniska egenskaper under påverkan av dopning. Men detta gäller för dem i mycket mindre utsträckning än kristallina. Känsligheten hos amorfa element till legering kan förbättras genom bearbetning. I slutändan vill jag notera att halvledarna fortfarande är representerade av ett antal resultat med goda egenskaper på grund av det långa och hårda arbetet föroreningar.

Statistiken över elektroner i en halvledare

När det finns termodynamisk jämvikt bestäms antalet hål och elektroner enbart av temperaturen, parametrarna för bandstrukturen och koncentrationen av elektriskt aktiva föroreningar. När förhållandet beräknas antas att en del av partiklarna kommer att ligga i ledningsbandet (på acceptorn eller donornivån). Det tar också hänsyn till det faktum att en del kan lämna det valentiska territoriet, och det finns luckor.

Elektrisk ledningsförmåga

I halvledare, förutom elektroner, kan joner fungera som laddningsbärare. Men deras elektriska ledningsförmåga är försumbar i de flesta fall. Som ett undantag kan endast joniska superledare nämnas. I halvledare finns tre huvudmekanismer för elektronisk överföring:

1. Huvudzonzonen. I detta fall kommer elektronen i rörelse på grund av en förändring i sin energi inom ett tillåtet område.
2. Hoppa överföring över lokaliserade stater.
3. Polaron.

exciton

Ett hål och en elektron kan bilda ett bundet tillstånd. Det kallas Wannier-Mott exciton. I detta fall minskar fotonenergin, som motsvarar absorptionskanten, med storleken på bindningsvärdet. Med en tillräcklig ljusintensitet kan en betydande mängd excitoner bildas i halvledare. När deras koncentration ökar sker kondensation och en elektronhålvätska bildas.

Yta på halvledaren

Dessa ord betecknar flera atomlager som ligger nära gränsen för enheten. Ytans egenskaper skiljer sig från bulk. Närvaron av dessa lager stör kristallens translationssymmetri. Detta leder till så kallade yttillstånd och polaritoner. Utveckla ämnet för den senare, vi bör också informera om spin och vibrationella vågor. På grund av sin kemiska aktivitet är ytan täckt av ett mikroskopiskt skikt av främmande molekyler eller atomer som har adsorberats från miljön. De bestämmer egenskaperna hos de flera atomskikten. Lyckligtvis skapar skapandet av ultrahög vakuumteknik, där halvledarelement skapas, att vi får och underhåller en ren yta i flera timmar vilket positivt påverkar produkternas kvalitet.

Semiconductor. Temperatur påverkar motståndet

När metallen ökar ökar också deras motstånd. Med halvledare är motsatsen sant - under samma förhållanden kommer denna parameter att minska. Poängen här är att den elektriska ledningsförmågan hos något material (och denna egenskap är omvänt proportionellt mot motståndet) beror på laddningen av de aktuella bärarna, deras rörelseshastighet i det elektriska fältet och deras antal i en enhet av materialvolymen.

I halvledarelementen ökar, när temperaturen stiger, ökningen av partiklarna, på grund av detta ökar värmeledningsförmågan och motståndet minskar. Du kan kolla här om du har en enkel uppsättning ung fysik och det nödvändiga materialet - kisel eller germanium, du kan också ta en halvledare av dem. Att öka temperaturen minskar deras motstånd. För att försäkra dig om detta måste du lagra med mätinstrument som låter dig se alla förändringar. Detta är i det allmänna fallet. Låt oss titta på några speciella alternativ.

Motstånd och elektrostatisk jonisering

Detta beror på tunneln av elektroner som passerar genom en mycket smal barriär, som levererar omkring en hundraedel av en mikrometer. Det ligger mellan kanterna på energizonen. Utseendet är endast möjligt när energibandarna lutas, vilket bara sker under påverkan av ett starkt elektriskt fält. När tunneln uppträder (vilken är en kvantmekanisk effekt), passerar elektronerna genom en smal potentiell barriär, och deras energi förändras inte. Detta medför en ökning av koncentrationen av laddningsbärare, både i ledningsförmågan och valensbandet. Om vi utvecklar processen med elektrostatisk jonisering, så kan en tunnelbrytning av halvledaren uppträda. Under denna process kommer resistansen hos halvledarna att förändras. Den är reversibel, och så snart det elektriska fältet är avstängt, kommer alla processer att återställas.

Motstånd och påverkan jonisering

I detta fall accelereras hålen och elektronerna så länge som den fria fribanan som påverkas av ett starkt elektriskt fält når värden som bidrar till jonisering av atomer och brottet av en av de kovalenta bindningarna (huvudatomen eller föroreningen). Shockjonisering förekommer lavinliknande, och laddningsbärare multipliceras i lavin. I detta fall accelereras nybildade hål och elektroner med elektrisk ström. Värdet av strömmen i slutresultatet multipliceras med slagjoniseringskoefficienten, vilket är lika med antalet elektronhålpar som bildas av laddningsbäraren på ett segment av banan. Utvecklingen av denna process leder till slut till en skred av halvledaren. Halvledarens motstånd varierar också, men som i fallet med tunnelfördelning är det reversibelt.

Användning av halvledare i praktiken

Den speciella betydelsen av dessa element bör noteras i datateknik. Vi har nästan ingen tvekan om att du inte skulle vara intresserad av frågan om vilka halvledare som är, om det inte var en önskan att självständigt montera ett objekt med deras användning. Det är omöjligt att föreställa sig arbetet med moderna kylskåp, tv-apparater, datorskärmar utan halvledare. Inte utan dem och avancerad bilutveckling. De används också inom rymdteknik. Förstår du vilka halvledare är, hur viktiga är de? Naturligtvis kan vi inte säga att dessa är de enda oersättliga elementen för vår civilisation, men de bör inte heller underskattas.

Användningen av halvledare i praktiken beror också på ett antal faktorer, bland annat den stora förekomsten av material från vilka de är gjorda, och lättheten att bearbeta och erhålla det önskade resultatet och andra tekniska egenskaper som har valts av vetenskapsmän som har utvecklat elektronisk teknik.

slutsats

Vi har undersökt i detalj vilka halvledare är, hur de fungerar. Deras motstånd baseras på komplexa fysikalisk-kemiska processer. Och vi kan meddela dig att de fakta som beskrivs i artikeln inte fullt ut förstår vilka halvledare är, av det enkla skälet att även vetenskapen inte har studerat specifika arbeten till slutet. Men vi känner till deras grundläggande egenskaper och egenskaper, vilket gör att vi kan tillämpa dem i praktiken. Därför kan du söka efter halvledarmaterial och experimentera med dem själv, var försiktig. Vem vet, kanske är en stor forskare slumrande i dig?