Pooljuhtmaterjalide näide

Vastavalt nende võimele juhtida elektrivoolu jagunevad materjalid kolme kategooriasse: juhid, isolaatorid ja pooljuhid. Dirigentide silmapaistvamad näited on metallid, nagu vask Cu, alumiinium Al ja hõbe Ag; ja isolaatoritest polümeerid ja klaas. Järgmisena tuleb juttu kolmandast klassist: pooljuhid.

Pooljuhtide elektrilised omadused kuuluvad isolaatorite ja juhtide omaduste hulka.Silicon Si ja Germanium Ge on tuntud pooljuhtide näited, mida kasutatakse sageli mitmesuguste elektroonikaseadmete valmistamisel.. Pooljuhtide elektrilisi omadusi saab muuta mitme suurusjärgu võrra, lisades materjalidele kontrollitud koguses võõraid aatomeid.

Pooljuhid käituvad madalatel temperatuuridel isolaatoritena, kuid kui seda suurendada, käituvad nad juhtidena. See juhtivuse duaalsus tuleneb asjaolust, et materjali valentselektronid on oma vastavate tuumadega lõdvalt seotud. aatomi, kuid mitte piisavalt, nii et temperatuuri tõus võimaldab neil lasta aatomil ringelda läbi aatomi võre materjal. Niipea kui elektron lahkub aatomist, jätab ta oma kohale augu, mille saab täita võre sees ringleva teise elektroniga.

See kehtib varem mainitud keemiliste elementide Silicon Si ja Germanium Ge puhul, mille viimasel tasemel on neli valentselektroni. Tuleb märkida, et energia lisamiseks pooljuhtmaterjalile võib lisaks soojusülekandele rakendada ka valgust.

Pooljuhtmaterjalide käitumise paremaks mõistmiseks kasutatakse ribade teooriat.

Bänditeooria

 Mõiste Valencia riba, mis on valentselektronide valduses olev akumuleeritud energia.

Lisaks käsitleb see teooria ka määratlust Juhtivus, kui energia, mille elektronid peavad oma aatomitest tagasi tõmbuma. Juhtimisribas olevad elektronid saavad materjali kaudu ringelda, kui on olemas elektriline pinge, mis neid kahe punkti vahel juhib.

Kahe riba põhjal uuritakse dirigendi, isolaatori ja pooljuhi juhtumeid, et neil oleks perspektiiv viimast.

Dirigendi jaoks on Valencia riba energia suurem kui juhtimisriba elektronidel. Nii, et sagedusribad kattuvad ja paljud Valencia elektronid asetatakse juhtimisele väga lihtsalt ja seetõttu võimalus ringelda keskel.

Isolaatori jaoks on seevastu juhtimisriba energia palju suurem kui Valencia riba energia. Siin on Valencia sagedusala ja juhtivusala vahel lõhe, nii et Valencia elektronid ei pääse tühja juhtivusriba juurde. Sellepärast isolaator ei juhi. Ainult kõrgel temperatuuril võivad need materjalid olla juhtivad.

Pooljuhtide puhul on juhtivusriba endiselt suurem kui Valencia riba, kuid nende kahe vahe on tunduvalt väiksem, nii et energeetilise tõusu korral hüppavad Valencia elektronid juhtivusriba ja saavad läbi keskkonna levida. Kui elektron hüppab Valencia bändist juhtivusriba, jätab ta Valencia bändi muna, mida peetakse ka elektrivoolu kandjaks.

Pooljuhtides eristatakse kahte tüüpi elektrivoolukandjaid: negatiivselt laetud elektronid ja positiivselt laetud augud.

Pooljuhtide tüübid 

Pooljuhtide klassi on vastavalt nende puhtusele kaks klassi. Pooljuhtmaterjale puhtas olekus nimetatakse sisemisteks pooljuhtideks; ja seal on väliseid pooljuhte, mis on küll puhtad, kuid saastunud saasteainetega minutites, nagu üks osake miljonist.

Seda saastumisprotsessi nimetatakse dopinguks, mis omakorda avaldub kahes tüübis.

Esimene tüüpi doping on tüüp N, milles materjal on saastatud valents-5 aatomiganagu fosfor P, Arsenic As või Antimony Sb. Kaasates viienda valentselektroni neljavalentsed aatomid, on sunnitud hulkuma läbi pooljuhtmaterjali, leidmata stabiilset kohta, kus Ole paigutatud. Nende ekslike elektronide kogumit nimetatakse enamuse elektronideks.

Teist tüüpi doping on tüüp P, milles pooljuhtmaterjal on saastunud valents aatomitega 3nagu boor B, Gallium Ga või Indium In. Kui see aatom sisestatakse materjali, jääb auk sinna, kuhu elektron peaks minema. Auk liigub kergesti läbi materjali struktuuri, justkui oleks see positiivse laengu kandja. Sel juhul on augud enamuse kandjad.

Pooljuhtide rakendus: diood

Diood on elektrooniline komponent, mis koosneb kahe välise pooljuhtkristalli ühendamisest, millest üks on N-tüüpi ja teine ​​P-tüüpi. Nendega liitumisel läheb osa üleliigsetest N-tüüpi elektronidest üle P-tüüpi kristallidele ja osa P-tüüpi aukudest N-tüüpi kristallidele. Ristmikule luuakse riba nimega Siirdetsoon, mille elektriväli käitub nagu a barjäär, mis takistab rohkemate elektronide liikumist tsoonist N tsooni P ja aukude tsoonist P tsooni N.

Kui diood on aku külge ühendatud, juhtub kaks erinevat juhtumit: ettepoole suunatud ja vastupidine eelarvamused.

Otsepolariseerimisel on positiivne pool ühendatud kristalliga P ja negatiivne pool kristalliga N. See muudab üleminekutsooni palju kitsamaks, purustades tõkke ja võimaldades voolu vabalt läbida. Selles seisundis on diood juhtiv.

Pöördpolariseerimisel ühendub positiivne poolus kristalliga N ja negatiivne poolus kristalliga P. See muudab üleminekutsooni palju laiemaks, tugevdades barjääri, mis takistab voolu läbimist. Sellisel juhul on diood isoleeriv.

Dioodi rakendusi on mitu. Kuid kõige populaarsem rakendus on see, mis kasutab seda alaldina. Alaldi on süsteem, mis suudab teisendada sinusoidaalse vahelduva sisendsignaali teiseks, millel on sama mõte, et hiljem muuta vahelduvvool alalisvooluks. Enne voolu tasandamist kasutatakse trafot, mis vähendab pinge väärtust.

Näited pooljuhtmaterjalidest

Nende rühmade kaupa, milles nad perioodilisustabelis esinevad, on mõned näited pooljuhtelementidest:

IIIA rühm: boor B, alumiinium Al, Gallium Ga, Indium In.

Grupi käibemaks: Silicon Si, Germanium Ge.

VA rühm: fosfor P, Arsenic As, Antimony Sb.

VIA rühm: Väävel S, Seleen Se, Telluurium Te.