НАПІВПРОВІДНИКИ: ТИПИ, ДОДАТКИ ТА ПРИКЛАДИ - ДУДИ

Ці напівпровідникові прилади є елементами , які виконують функцію вибірково проводить або ізолюючий, в залежності від зовнішніх умов , до яких вони піддаються, наприклад, температури, тиску, радіації і електричних або магнітних полів.

У періодичній таблиці присутні 14 напівпровідникових елементів, серед яких кремній, германій, селен, кадмій, алюміній, галій, бор, індій та вуглець. Напівпровідники - це кристалічні тверді речовини із середньою електропровідністю, тому їх можна використовувати подвійно як провідник та ізолятор.

Якщо вони використовуються як провідники, за певних умов вони дозволяють циркулювати електричний струм, але лише в одному напрямку. Крім того, вони не мають такої високої провідності, як електропровідні метали.

Напівпровідники використовуються в електронних додатках, особливо для виготовлення таких компонентів, як транзистори, діоди та інтегральні схеми. Вони також використовуються як аксесуари або доповнення для оптичних датчиків, таких як твердотільні лазери, та деякі пристрої живлення для систем передачі електроенергії.

В даний час цей тип елемента використовується для технологічних розробок у галузі телекомунікацій, систем управління та обробки сигналів, як у побутових, так і в промислових сферах.

Типи

Існують різні види напівпровідникових матеріалів, залежно від домішок, які вони присутні, та їх фізичної реакції на різні стимули навколишнього середовища.

Внутрішні напівпровідники

Це ті елементи, молекулярна структура яких складається з одного типу атома. Серед цих типів внутрішніх напівпровідників є кремній та германій.

Молекулярна структура внутрішніх напівпровідників є чотиригранною; тобто він має ковалентні зв’язки між чотирма оточуючими атомами, як це представлено на зображенні нижче.

Кожен атом власного напівпровідника має 4 валентних електрона; тобто 4 електрона, що орбітують у самій зовнішній оболонці кожного атома. У свою чергу кожен з цих електронів утворює зв’язки з сусідніми електронами.

Таким чином, кожен атом має 8 електронів у своєму найбільш поверхневому шарі, утворюючи тим самим міцний зв’язок між електронами та атомами, що складають кристалічну решітку.

Завдяки такій конфігурації електрони не рухаються легко всередині структури. Таким чином, за стандартних умов внутрішні напівпровідники поводяться як ізолятор.

Однак провідність внутрішнього напівпровідника підвищується щоразу, коли температура збільшується, оскільки деякі валентні електрони поглинають теплову енергію та відокремлюються від зв’язків.

Ці електрони стають вільними електронами і, якщо правильно керувати різницею електричного потенціалу, можуть сприяти протіканню струму всередині кристалічної решітки.

У цьому випадку вільні електрони стрибають у зону провідності та йдуть на позитивний полюс потенційного джерела (наприклад, акумулятор).

Рух валентних електронів викликає вакуум у молекулярній структурі, що перетворюється на ефект, аналогічний тому, що викликається позитивним зарядом у системі, тому вони розглядаються як носії позитивного заряду.

Потім виникає зворотний ефект, оскільки деякі електрони можуть потрапляти з зони провідності до валентної оболонки, вивільняючи енергію в процесі, що називається рекомбінацією.

Зовнішні напівпровідники

Вони відповідають, включаючи домішки всередині внутрішніх провідників; тобто включенням тривалентних або п’ятивалентних елементів.

Цей процес відомий як допінг і його мета - підвищення провідності матеріалів, поліпшення їх фізичних та електричних властивостей.

Замінивши внутрішній атом напівпровідника на атом іншого компонента, можна отримати два типи зовнішніх напівпровідників, які детально описані нижче.

Напівпровідник типу P

У цьому випадку домішка є тривалентним напівпровідниковим елементом; тобто з трьома (3) електронами у своїй валентній оболонці.

Нав'язливі елементи всередині структури називаються допінг-елементами. Прикладами цих елементів для напівпровідників типу P є бор (B), галій (Ga) або індій (In).

Не маючи валентного електрона для утворення чотирьох ковалентних зв’язків внутрішнього напівпровідника, напівпровідник типу P має розрив у відсутній зв'язку.

Це робить прохід електронів, які не належать до кристалічної решітки, через цей отвір, який несе позитивний заряд.

Через позитивний заряд отвору зв’язку ці типи провідників позначені буквою "Р" і тому визнаються акцепторами електронів.

Потік електронів через отвори у зв’язку виробляє електричний струм, який циркулює у зворотному напрямку до струму, отриманого від вільних електронів.

Напівпровідник N типу

Нав'язливий елемент у конфігурації задається п’ятивалентними елементами; тобто ті, які мають п'ять (5) електронів у валентній зоні.

У цьому випадку домішки, які вбудовуються у внутрішній напівпровідник, - це такі елементи, як фосфор (P), сурма (Sb) або миш’як (As).

Допанти мають додатковий валентний електрон, який, не маючи ковалентного зв’язку, може автоматично вільно рухатися по кристалічній решітці.

Тут електричний струм циркулює через матеріал завдяки надлишкам вільних електронів, що надаються допантом. Отже, напівпровідники типу N вважаються донорами електронів.

характеристики

Напівпровідники характеризуються подвійною функціональністю, енергоефективністю, різноманітністю застосування та низькою вартістю. Основні характеристики напівпровідників детально описані нижче.

- Його реакція (струмопровідна або ізолююча) може змінюватися в залежності від чутливості елемента до освітлення, електричних полів та магнітних полів у навколишньому середовищі.

- Якщо напівпровідник зазнає низької температури, електрони залишаться об’єднаними у валентну зону, а отже, для циркуляції електричного струму не виникне вільних електронів.

З іншого боку, якщо напівпровідник піддається впливу високих температур, теплова вібрація може впливати на міцність ковалентних зв’язків атомів елемента, залишаючи вільні електрони для електричної провідності.

- Провідність напівпровідників змінюється залежно від частки домішок або легуючих елементів у внутрішньому напівпровіднику.

Наприклад, якщо 10 мільйонів атомів бору включають мільйон атомів кремнію, це співвідношення збільшує провідність сполуки в тисячу разів порівняно з провідністю чистого кремнію.

- Провідність напівпровідників змінюється в інтервалі між 1 і 10 ^{-6 С.} см ^-1 , залежно від типу використовуваного хімічного елемента.

- Композитні або зовнішні напівпровідники можуть мати оптичні та електричні властивості, що значно перевершують властивості внутрішніх напівпровідників.

Програми

Напівпровідники широко використовуються як сировина при складанні електронних елементів, які є частиною нашого повсякденного життя, наприклад інтегральних схем.

Одним з основних елементів інтегральної схеми є транзистори. Ці пристрої виконують функцію забезпечення вихідного сигналу (коливального, посиленого або випрямленого) відповідно до конкретного вхідного сигналу.

Крім того, напівпровідники також є основним матеріалом для діодів, що використовуються в електронних схемах, щоб пропускати електричний струм лише в одному напрямку.

Для конструкції діодів утворюються зовнішні напівпровідникові з'єднання типу P і N, які чергуються між елементами донора і несучого електрона, що вмикає механізм врівноваження між обома зонами.

Таким чином, електрони та дірки в обох зонах перетинаються та доповнюють один одного там, де це необхідно. Це відбувається двома способами:

- відбувається передача електронів із зони N типу до зони Р. Зона N типу отримує переважно позитивну зону заряду.

- відбувається проходження електронно-несучих отворів із зони типу P до зони N типу. Зона типу P набуває переважно негативний заряд.

Нарешті, утворюється електричне поле, яке індукує циркуляцію струму лише в одному напрямку; тобто від зони N до зони P.

Крім того, використовуючи комбінації внутрішніх та зовнішніх напівпровідників, можна виготовити пристрої, які виконують функції, подібні до вакуумної трубки, яка в сотні разів перевищує її об'єм.

Цей тип застосування застосовується до інтегральних мікросхем, таких як мікропроцесорні мікросхеми, які охоплюють значну кількість електричної енергії.

Напівпровідники присутні в електронних пристроях, якими ми користуємося в повсякденному житті, таких як обладнання коричневої лінії, такі як телевізори, відеопрогравачі, звукове обладнання; комп’ютери та мобільні телефони.

Приклади

Найпоширенішим напівпровідником в електронній промисловості є кремній (Si). Цей матеріал присутній у пристроях, що складають інтегральні схеми, які є частиною нашого повсякденного життя.

Кремнієві сплави германію (SiGe) застосовуються у високошвидкісних інтегральних схемах для радарів та підсилювачів електричних інструментів, таких як електрогітари.

Інший приклад напівпровідника - арсенід галію (GaAs), широко застосовуваний в підсилювачах сигналу, спеціально для сигналів з високим посиленням і низьким рівнем шуму.

Список літератури

Брайан, М. (другий). Як працюють напівпровідники. Відновлено з: electronics.howstuffworks.com
Ландін, П. (2014). Внутрішні та зовнішні напівпровідники. Відновлено з: pelandintecno.blogspot.com
Руус, М. (й). Напівпровідник. Відновлено з: whatis.techtarget.com
Напівпровідник (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Лондон, Великобританія. Відновлено: britannica.com
Вікіпедія, Вільна енциклопедія (2018). Напівпровідник. Відновлено з: es.wikipedia.org

НАПІВПРОВІДНИКИ: ТИПИ, ДОДАТКИ ТА ПРИКЛАДИ - ДУДИ - 2025