Пример за полупроводникови материали

Според способността им да провеждат електрически ток, материалите са разделени в три категории: проводници, изолатори и полупроводници. Най-видният пример за проводници са металите, като мед Cu, алуминий Al и сребро Ag; а на изолаторите - полимерите и стъклото. Третият клас ще бъде обсъден по-нататък: полупроводници.

Електрическите свойства на полупроводниците са сред тези на изолаторите и проводниците.Silicon Si и Germanium Ge са добре известни примери за полупроводници, които често се използват при производството на различни електронни устройства.. Електрическите свойства на полупроводниците могат да се променят с няколко порядъка, добавяйки контролирани количества чужди атоми към материалите.

Полупроводниците се държат като изолатори при ниски температури, но ако това се увеличи, те се държат като проводници. Тази двойственост на проводимостта се дължи на факта, че валентните електрони на материала са свободно свързани със съответните си ядра. атомен, но недостатъчен, така че повишаването на температурата да им позволи да оставят атома да циркулира през атомната решетка на материал. Веднага щом електрон напусне атом, той оставя на мястото си дупка, която може да бъде запълнена от друг електрон, който циркулира в решетката.

Такъв е случаят с споменатите по-рано химични елементи, силиций Si и германий Ge, които имат четири валентни електрона на последното си ниво. Трябва да се отбележи, че за да се добави енергия към полупроводниковия материал, освен пренос на топлина, може да се приложи и светлина.

За да се разбере по-добре поведението на полупроводникови материали, ще се използва Теорията на лентите.

Теория на лентата

 Концепцията за Лента Валенсия, която е натрупаната енергия, притежавана от валентни електрони.

В допълнение, тази теория се справя с дефиницията на Проводима лента, като енергията заедно, която електроните трябва да изтеглят от своите атоми. Електроните, които са в проводимата зона, могат да циркулират през материала, ако има електрическо напрежение, което ги задвижва между две точки.

Въз основа на двете ленти ще бъдат проучени случаите на диригент, изолатор и полупроводник, за да има перспектива за последните.

За диригент енергията на лентата на Валенсия е по-голяма от тази на електроните на лентата на проводимост. По такъв начин, че лентите се припокриват и много електрони от Валенсия се поставят върху проводимостта много лесно и следователно, с възможност за циркулация в средата.

За изолатора, от друга страна, енергията на проводимата лента е много по-голяма от енергията на лентата на Валенсия. Тук има празнина между лентата на Валенсия и лентата за проводимост, така че електроните на Валенсия не могат да получат достъп до лентата за проводимост, която ще бъде празна. Ето защо изолаторът не провежда. Само при високи температури тези материали могат да бъдат проводими.

В случая на полупроводници, проводимостта все още е по-голяма от лентата на Валенсия, но разликата между двете е значително по-малка, така че с енергийно нарастване, електроните на Валенсия скачат към проводимата лента и могат да циркулират през средата. Когато електрон скача от лентата на Валенсия към проводимата лента, той оставя яйце в лентата на Валенсия, която също се счита за носител на електрически ток.

В полупроводниците се различават два вида носители на електрически ток: отрицателно заредени електрони и дупки, положително заредени.

Видове полупроводници 

Има два класа полупроводници според тяхната чистота. Полупроводниковите материали в чисто състояние са известни като вътрешни полупроводници; и има Extrinsic Semiconductors, които са чисти, но замърсени с примеси в малки пропорции, като една частица на всеки милион.

Този процес на замърсяване се нарича допинг, който от своя страна се проявява в два вида.

Първият тип допинг е тип N, в който материалът е замърсен с валентност 5 атома, като фосфор P, арсен As или антимон Sb. Чрез включване на петия валентен електрон в структурата на четиривалентни атоми, е принуден да се скита през полупроводниковия материал, без да намери стабилно място, където Бъдете поставени. Наборът от тези заблудени електрони се нарича мнозинство електрони.

Вторият тип допинг е тип Р, в който полупроводниковият материал е замърсен с валентни атоми 3, като бор B, Gallium Ga или Indium In. Ако този атом бъде въведен в материала, остава дупка, където трябва да отиде електрон. Дупката се движи лесно през структурата на материала, сякаш е носител на положителен заряд. В този случай дупките са Мажоритарни превозвачи.

Приложение на полупроводници: Диод

Диодът е електронен компонент, който се състои от обединение на два външни полупроводникови кристала, един от тип N и другия тип P. Чрез присъединяването им част от излишните електрони от N-тип преминават към кристала от тип P, а част от дупките от тип P преминават към кристала от тип N. На кръстовището се създава лента, наречена Преходна зона, която има електрическо поле, което се държи като бариера, която се противопоставя на преминаването на повече електрони от зона N до зона P и на дупки от зона P до зона Н.

Когато диодът е свързан към батерия, възникват два различни случая: Преднапредно пристрастие и Обратно отклонение.

При директната поляризация положителният полюс е свързан с кристал P, а отрицателният полюс - с кристал N. Това прави преходната зона много по-тясна, счупвайки бариерата и позволявайки свободно преминаване на тока. В това състояние диодът е проводим.

При обратна поляризация положителният полюс се свързва с кристал N, а отрицателният полюс с кристал P. Това прави преходната зона много по-широка, подсилвайки бариерата, която предотвратява преминаването на ток. В този случай диодът е изолационен.

Приложенията на диода са многобройни. Най-популярното приложение обаче е това, което го използва като токоизправител. Изправителят е система, способна да преобразува синусоидален променлив входен сигнал в друг, който има същия смисъл, за да преобразува по-късно променлив ток в постоянен ток. Преди коригиране на тока се използва трансформатор, който намалява стойността на напрежението.

Примери за полупроводникови материали

От групата, в която те присъстват в Периодичната таблица, това са някои примери за полупроводникови елементи:

Група IIIA: Бор B, алуминий Al, Gallium Ga, индий In.

Групов ДДС: Silicon Si, Germanium Ge.

Група VA: Фосфор P, Арсен As, Антимон Sb.

Група VIA: Сяра S, Селен Se, Телур Te.