Eksempel på halvledermaterialer

I henhold til deres evne til at lede elektrisk strøm er materialer opdelt i tre kategorier: Ledere, isolatorer og halvledere. De mest fremtrædende eksempler på ledere er metaller, såsom kobber Cu, aluminium Al og sølv Ag; og af isolatorerne polymerer og glasset. Den tredje klasse diskuteres derefter: halvledere.

De elektriske egenskaber ved halvledere er blandt isolatorer og ledere.Silicium Si og Germanium Ge er velkendte eksempler på halvledere, der ofte anvendes til fremstilling af en række elektroniske enheder.. De elektriske egenskaber af halvledere kan ændres med flere størrelsesordener, hvilket tilføjer kontrollerede mængder af fremmede atomer til materialer.

Halvledere opfører sig som isolatorer ved lave temperaturer, men hvis dette øges, opfører de sig som ledere. Denne dualitet af ledningsevne skyldes det faktum, at materialets valenselektroner er løst bundet til deres respektive kerner. atom, men ikke nok, så temperaturstigningen gør det muligt for dem at forlade atomet til at cirkulere gennem atomgitteret i materiale. Så snart en elektron forlader et atom, efterlader det et hul på sit sted, der kan fyldes af en anden elektron, der cirkulerer i gitteret.

Dette er tilfældet med de tidligere nævnte kemiske grundstoffer, Silicon Si og Germanium Ge, som har fire valenselektroner på deres sidste niveau. Det skal bemærkes, at ud over varmeoverførsel kan der anvendes lys for at tilføje energi til halvledermaterialet.

For bedre at forstå halvledermaterialers opførsel vil Theory of Bands blive brugt.

Bandteori

 Begrebet Valencia-bånd, som er den akkumulerede energi, som valenselektroner besidder.

Derudover håndterer denne teori definitionen af Ledningsbånd, som den energi sammen, som elektroner er nødt til at trække sig tilbage fra deres atomer. Elektronerne i ledningsbåndet kan cirkulere gennem materialet, hvis der er en elektrisk spænding, der driver dem mellem to punkter.

Baseret på de to bånd vil sagerne om dirigent, isolator og halvleder blive undersøgt for at have et perspektiv for sidstnævnte.

For en dirigent er Valencia-båndets energi større end for ledningsbåndets elektroner. På en sådan måde, at båndene overlapper hinanden, og mange Valencia-elektroner placeres meget let på ledningen og derfor med mulighed for at cirkulere i midten.

For en isolator på den anden side er ledningsbåndets energi meget større end Valencia-båndets energi. Her er der et hul mellem Valencia-båndet og ledningsbåndet, så Valencia-elektronerne ikke kan få adgang til ledningsbåndet, som vil være tomt. Derfor leder isolatoren ikke. Kun ved høje temperaturer kan disse materialer være ledende.

I tilfælde af halvledere er ledningsbåndet stadig større end Valencia-båndet, men afstanden mellem de to er betydeligt mindre, således at Valencia-elektronerne med en energisk stigning hopper til ledningsbåndet og kan cirkulere gennem mediet. Når en elektron hopper fra Valencia-båndet til ledningsbåndet, efterlader det et æg i Valencia-båndet, som også betragtes som en bærer af elektrisk strøm.

I halvledere skelnes der mellem to typer elektriske strømbærere: negativt ladede elektroner og huller, positivt ladede.

Typer af halvledere 

Der er to klasser af halvledere alt efter deres renhed. Halvledermaterialer i ren tilstand er kendt som indre halvledere; og der er ekstrinsiske halvledere, som er rene, men forurenede med urenheder i små proportioner, som en partikel i hver million.

Denne forureningsproces kaldes doping, som igen manifesterer sig i to typer.

Den første type doping er Type N, hvori materialet er forurenet med valens 5 atomer, såsom fosfor P, arsen som eller antimon Sb. Ved at involvere den femte valenselektron i strukturen af tetravalente atomer, er tvunget til at vandre gennem halvledermaterialet uden at finde et stabilt sted hvor Bliv placeret. Sættet med disse vildfarne elektroner kaldes Majoritetselektroner.

Den anden type doping er Type P, hvori halvledermaterialet er forurenet med valensatomer 3, såsom Bor B, Gallium Ga eller Indium In. Hvis dette atom introduceres i materialet, forbliver et hul, hvor en elektron skal gå. Hullet bevæger sig let gennem materialets struktur, som om det var en bærer med positiv ladning. I dette tilfælde er hullerne Majority Carriers.

Semiconductor Application: Diode

Dioden er en elektronisk komponent, der består af foreningen af ​​to ydre halvlederkrystaller, den ene af typen N og den anden type P. Ved at forbinde dem passerer en del af de overskydende N-type elektroner til P-typen krystaller, og en del af P-typen huller passerer til N-typen krystal. En stribe kaldet Transition Zone oprettes ved krydset, som har et elektrisk felt, der opfører sig som en barriere, der modsætter sig passage af flere elektroner fra Zone N til Zone P og af huller fra Zone P til Zone N.

Når en diode er tilsluttet et batteri, opstår der to forskellige tilfælde: Forward Bias og Reverse Bias.

I direkte polarisering er den positive pol forbundet med krystal P og den negative pol til krystal N. Dette gør overgangszonen meget smallere, bryder barrieren og tillader fri passage af strømmen. I denne tilstand er dioden ledende.

I omvendt polarisering forbinder den positive pol til krystal N og den negative pol til krystal P. Dette gør overgangszonen meget bredere og forstærker den barriere, der forhindrer strømens passage. I dette tilfælde er dioden isolerende.

Anvendelsen af ​​dioden er flere. Den mest populære applikation er dog den, der bruger den som en ensretter. En ensretter er et system, der er i stand til at konvertere et sinusformet alternerende indgangssignal til et andet, der har samme følelse, for senere at konvertere vekselstrøm til jævnstrøm. Inden der udbedres strømmen, anvendes en transformer, der reducerer spændingsværdien.

Eksempler på halvledermaterialer

Af gruppen, hvor de er til stede i det periodiske system, er disse nogle eksempler på halvlederelementer:

Gruppe IIIA: Bor B, Aluminium Al, Gallium Ga, Indium In.

Gruppemoms: Silicon Si, Germanium Ge.

Gruppe VA: Fosfor P, Arsen As, Antimon Sb.

Gruppe VIA: Sulphur S, Selenium Se, Tellurium Te.