Какво представляват полупроводниците? Съпротивление на полупроводниците

Какво представлява полупроводниковият материал? Какви са неговите характеристики? Каква е физиката на полупроводниците? Как се изграждат? Каква е проводимостта на полупроводниците? Какви физически показатели имат те?

Какво се наричат ​​полупроводници?

Така че означават кристални материали, които не водят електричество, както и метали. Но все пак този показател е по-добър от изолаторите. Такива характеристики се дължат на броя на мобилните оператори. Ако обмислим по принцип, тогава има силно привързаност към ядрата. Но когато няколко атома, да речем, антимон, който има излишък от електрони, се въвеждат в проводника, тази позиция ще бъде коригирана. Когато се използва индий, се получават елементи с положителен заряд. Всички тези свойства се използват широко в транзисторите - специални устройства, които могат да усилват, блокират или преминават ток само в една посока. Ако вземем предвид елемент от типа NPN, можем да отбележим значителна укрепваща роля, която е особено важна при предаването на слаби сигнали.

Структурните особености на електрическите полупроводници

Диригентите имат много свободни електрони. Изолаторите практически не ги имат изобщо. Полупроводниците също съдържат определен брой свободни електрони и празнини с положителен заряд, които са готови да приемат освободените частици. И най-важното - всички те провеждат електрически ток. Типът NPN транзистор, разгледан по-рано, не е единствен възможен полупроводников елемент. Така че, има PNP-транзистори, както и диоди.

Говорейки за краткото, това е елемент, който може да предава сигнали само в една посока. Също така, диодът може да преобразува променлив ток в постоянен. Какъв е механизмът на тази трансформация? И защо се движи само в една посока? В зависимост от това, откъде идва токът, електроните и пропуските могат или да се различават, или да продължат напред. В първия случай, поради увеличаването на разстоянието, доставката на захранване се прекъсва и следователно прехвърлянето на отрицателни носители на напрежение се извършва само в една посока, т.е. проводимостта на полупроводниците е едностранна. В края на краищата токът може да се предава само ако съставните частици са близо. И това е възможно само когато захранването се доставя от едната страна. Тези видове полупроводници съществуват и се използват в момента.

Структура на зоната

Електрическите и оптичните свойства на проводниците са свързани с факта, че когато електроните запълват енергийните нива, те се отделят от възможните състояния чрез забранена лента. Какви са неговите характеристики? Факт е, че в забранената зона няма енергийни нива. С помощта на примеси и структурни дефекти, това може да се промени. Най-пълната напълно изпълнена зона се нарича валентна лента. След това следва разрешения, но празен. Нарича се проводниковата лента. Физиката на полупроводниците е доста интересна тема, а в рамките на статията тя ще бъде добре обхваната.

Състоянието на електроните

За тази цел се използват концепции като броя на разрешената лента и квазимомента. Структурата на първата се определя от дисперсионния закон. Той казва, че зависимостта на енергията от quasimomentum влияе върху нея. Така че, ако валентната банда е напълно запълнена с електрони (които носят заряд в полупроводници), тогава те казват, че няма елементарни възбуди в нея. Ако по някаква причина няма частици, това означава, че има положително заредена квасипартикула - проход или дупка. Те са носители на заряд в полупроводници във валентното поле.

Дегенеративни зони

Валентната лента в типичен проводник е шесткратно дегенерирана. Това е без да се отчита взаимодействието между въртене и орбита и само когато quasimomentum е нула. Тя може да бъде разделена при същите условия на двойно и четирикратно дегенериращи зони. Енергийното разстояние между тях се нарича спин-орбита разцепваща енергия.

Примеси и дефекти в полупроводниците

Те могат да бъдат електрически неактивни или активни. Използването на първото прави възможно да се получи плюс или минус заряд в полупроводниците, което може да бъде компенсирано от появата на дупка във валентната лента или електрона в провежданата зона. Неактивните примеси са неутрални и имат относително слаб ефект върху електронните свойства. И често може да има значение какви валентни атоми имат, които участват в прехвърлянето на заряда и структурата кристална решетка.

В зависимост от вида и количеството на примесите съотношението между броя на отворите и електроните също може да варира. Ето защо, полупроводниковите материали трябва винаги да бъдат внимателно подбрани, за да се получи желаният резултат. Това се предхожда от значителен брой изчисления и последващи експерименти. Частиците, които най-често наричат ​​основните носители на заряд, не са основни.

Дозираното въвеждане на примеси в полупроводниците позволява получаването на устройства с необходимите свойства. Дефектите в полупроводниците също могат да бъдат в неактивно или активно електрическо състояние. Важно тук са изместване, интерстициален атом и свободно място. Течните и некристалните проводници реагират различно на примесите от кристалните проводници. Липсата на твърда структура в крайна сметка води до факта, че изместеният атом получава друга валентност. Тя ще бъде различна от тази, с която първоначално насища връзките си. Atom става нерентабилно да се даде или прикрепи електрон. В този случай той става неактивен и поради това примесите от полупроводници имат голям шанс за провал. Това води до факта, че човек не може да променя вида на проводимостта чрез допинг и да създаде, например, възел PN.

Някои аморфни полупроводници могат да променят своите електронни свойства под въздействието на допинга. Но това се отнася за тях в много по-малка степен, отколкото за кристалните. Чувствителността на аморфните елементи към легирането може да бъде подобрена чрез обработка. В края на краищата искам да отбележа, че поради продължителната и упорита работа примесите от полупроводници все още са представени от редица резултати с добри характеристики.

Статистиката на електрони в полупроводникови елементи

Когато има термодинамично равновесие, броят на отворите и електроните се определя изключително от температурата, параметрите на лентовата структура и концентрацията на електрически активни примеси. Когато съотношението е изчислено, се приема, че част от частиците ще бъде в проводимата ивица (на ниво акцептор или донор). Той също така взема под внимание факта, че някои могат да напуснат валентната територия и има пропуски.

Електрическа проводимост

В полупроводниците, в допълнение към електроните, йоните могат да действат като носители на заряд. Но тяхната електропроводимост е пренебрежима в повечето случаи. По изключение могат да се цитират само йонни свръхпроводници. В полупроводниците има три основни механизма на електронен трансфер:

1. Основната зона. В този случай, електронът влиза в движение поради промяна в неговата енергия в рамките на една разрешена зона.
2. Прескачане на локализирани състояния.
3. Polaron.

екситона

Дупката и електронът могат да образуват обвързано състояние. Нарича се Wannier-Mott exciton. В този случай, енергията на фотоните, който съответства на ръба на абсорбцията, се намалява с размера на стойността на облигациите. С достатъчно интензивността на светлината В полупроводниците може да се образува значителен брой excitons. С увеличаването на тяхната концентрация се осъществява кондензация и се образува течност с електронно отверстие.

Повърхност на полупроводниците

Тези думи обозначават няколко атомни слоя, които се намират близо до границата на устройството. Повърхностните свойства се различават от тези в насипно състояние. Наличието на тези слоеве нарушава транслационната симетрия на кристала. Това води до така наречените повърхностни състояния и поляритони. Разработвайки темата за последните, трябва да информираме и за въртенето и вибрационните вълни. Поради своята химическа активност, повърхността е покрита с микроскопичен слой от чужди молекули или атоми, които са били адсорбирани от околната среда. Те определят свойствата на тези няколко атомни слоя. За щастие създаването на ултравиолетова вакуумна технология, която създава полупроводникови елементи, ви позволява да получите и поддържате чиста повърхност в продължение на няколко часа, което влияе положително върху качеството на продуктите.

Semiconductor. Температурата влияе на устойчивостта

Когато температурата на металите се увеличава, така и съпротивата им. При полупроводници обратното е вярно - при същите условия този параметър ще намалее с тях. Въпросът тук е, че електрическата проводимост на всеки материал (и тази характеристика е обратно пропорционална на съпротивлението) зависи от заряда на токовите носители, скоростта на тяхното движение в електрическото поле и техния брой в една единица обем на материала.

В полупроводникови елементи, с нарастването на температурата, концентрацията на частиците се увеличава, поради което се повишава топлопроводимостта и съпротивлението намалява. Можете да проверите това, ако имате прост набор от млади физика и необходимия материал - силиций или германий, и можете също да направите полупроводник, направен от тях. Увеличаването на температурата ще намали съпротивлението им. За да се уверите в това, трябва да се сдобиете с измервателни устройства, които ще ви позволят да видите всички промени. Това обикновено е така. Нека да разгледаме няколко конкретни варианта.

Резистентност и електростатична йонизация

Това се дължи на тунела на електрони, преминаващи през много тясна бариера, която осигурява около една стотна от микрометъра. Той се намира между краищата на енергийните зони. Неговият външен вид е възможен само при накланяне на енергийните ленти, което се получава само при силно електрическо поле. Когато се извършва тунелиране (което е квантово-механичен ефект), електроните преминават през тясна потенциална бариера и тяхната енергия не се променя. Това води до увеличаване на концентрацията на носители на заряд както в проводимостта, така и в лентите на валентността. Ако се развие процесът на електростатична йонизация, може да се получи разбивка на тунела на полупроводника. По време на този процес, съпротивлението на полупроводниците се променя. Това е обратимо и веднага щом електрическото поле бъде изключено, всички процеси ще бъдат възстановени.

Устойчивост и йонизация на въздействието

В този случай отворите и електроните се ускоряват до тествани свободен път под влиянието на силно електрическо поле на стойностите, които допринасят за йонизация на атомите и разкъсване на една от ковалентни връзки (първични или примес атом). Шоковата йонизация се появява като лавинка, а носителите на заряд се умножават в лавина. В този случай новооткритите дупки и електрони се ускоряват от електрически ток. Текущата стойност в крайния резултат се умножава по коефициент на йонизация въздействие, което е броят на електрон-дупка двойки, които са оформени върху една от сегмент път на зареждане носител. Развитието на този процес в крайна сметка води до лавинен разпад на полупроводника. Устойчивостта на полупроводници също се променя, но, като в случай на авария тунел, обратимо.

Прилагане на полупроводници на практика

Специалното значение на тези елементи трябва да се отбележи в компютърната технология. Нямаме почти никакви съмнения, че няма да се интересувате от въпроса какви са полупроводниците, ако не беше желанието за самостоятелно сглобяване на обект с употребата му. Невъзможно е да си представим работата на съвременните хладилници, телевизори, компютърни монитори без полупроводници. Не без тях и напреднало автомобилно развитие. Те се използват и в аерокосмическата техника. Разбираш ли какво представляват полупроводниците, колко важни са те? Разбира се, не можем да кажем, че това са единствените незаменими елементи на нашата цивилизация, но те също не трябва да бъдат подценявани.

Използването на полупроводници на практика, поради все повече и от редица фактори, сред които са широко разпространени на материалите, от които са направени, и лекота на обработка и да се получи желания резултат, и други технически характеристики, които правят избора на учените, които са работили на електронното оборудване, спря тях.

заключение

Разгледахме подробно какви са полупроводниците, как работят. Тяхната устойчивост се основава на сложни физикохимични процеси. И вие можете да забележите, че фактите не дават, както е описано в член напълно разбирам, че тези полупроводници, по простата причина, че науката дори не е учил особеностите на работата си до края. Но ние знаем техните основни свойства и характеристики, които ни позволяват да ги прилагаме на практика. Ето защо можете да търсите полупроводникови материали и да експериментирате с тях сами, като внимавате. Кой знае, може би един велик изследовател сънува във вас ?!