Félvezető anyagok példája

Az elektromos áram vezetésére való képességük szerint az anyagokat három kategóriába sorolják: Vezetők, Szigetelők és Félvezetők. A vezetők legkiemelkedőbb példái a fémek, például a réz Cu, alumínium Al és ezüst Ag; a szigetelők közül pedig a polimerek és az üveg. Ezután a harmadik osztályról lesz szó: félvezetőkről.

A félvezetők elektromos tulajdonságai a szigetelők és vezetők között vannak.A szilícium-Si és a Germanium Ge jól ismert példák olyan félvezetőkre, amelyeket gyakran használnak különféle elektronikus eszközök gyártásához.. A félvezetők elektromos tulajdonságai több nagyságrenddel megváltoztathatók, ellenőrzött mennyiségű idegen atomot adva az anyagokhoz.

A félvezetők alacsony hőmérsékleten szigetelőként viselkednek, de ha ez megnövekszik, akkor vezetőként viselkednek. A vezetőképességnek ez a kettőssége annak a ténynek köszönhető, hogy az anyag valens elektronjai lazán kötődnek a megfelelő magjukhoz. atom, de nem elég, így a hőmérséklet emelkedése lehetővé teszi számukra, hogy az atomot elhagyják, hogy a anyag. Amint egy elektron elhagy egy atomot, egy lyuk marad a helyén, amelyet kitölthet egy másik, a rácsban keringő elektron.

Ez vonatkozik a korábban említett kémiai elemekre, a Szilícium-Si és a Germanium Ge-re, amelyek utolsó szintjén négy vegyértékelektron van. Meg kell jegyezni, hogy a félvezető anyag energiájának hozzáadásához a hőátadás mellett fény is alkalmazható.

A félvezető anyagok viselkedésének jobb megértése érdekében a Sávok elméletét fogjuk használni.

Zenekarelmélet

 A koncepció Valencia sáv, amely a valencia elektronok által felhalmozott energia.

Ezenkívül ez az elmélet kezeli a Vezetési sáv, mint az az energia, amelyet az elektronoknak vissza kell vonniuk atomjaikból. A vezetési sávban lévő elektronok keringhetnek az anyagon, ha van olyan elektromos feszültség, amely két pont között hajtja őket.

A két sáv alapján megvizsgálják a vezető, az szigetelő és a félvezető eseteit, hogy legyen perspektívája az utóbbira.

Egy karmester számára a Valencia sáv energiája nagyobb, mint a Vezetési sáv elektronjainak energiája. Olyan módon, hogy a sávok átfedjék egymást, és sok Valencia elektron nagyon könnyen a Conduction-ra kerüljön, és ezért lehetősége legyen középen keringeni.

Egy szigetelő esetében viszont a vezetési sáv energiája sokkal nagyobb, mint a Valencia sáv energiája. Itt van egy rés a Valencia-sáv és a Vezetési sáv között, így a Valencia-elektronok nem tudnak hozzáférni a Vezetési sávhoz, amely üres lesz. Ezért a szigetelő nem vezet. Ezek az anyagok csak magas hőmérsékleten lehetnek vezetőképesek.

A félvezetők esetében a vezetési sáv még mindig nagyobb, mint a Valencia sáv, de a kettő közötti különbség lényegesen kisebb, hogy energetikai növekedéssel a Valencia elektronok a Vezetési sávba ugorjanak és a közegen keresztül keringhessenek. Amikor egy elektron ugrik a Valencia sávból a Conduction sávba, egy tojást hagy a Valencia sávban, amelyet szintén elektromos áram hordozójának tekintenek.

A félvezetőkben kétféle elektromos áramhordozót különböztetnek meg: negatív töltésű elektronokat és pozitív töltésű furatokat.

A félvezetők típusai 

A félvezetők tisztaságának két osztálya van. A félvezető anyagok tiszta állapotukban belső félvezetőkként ismertek; és vannak külső félvezetők, amelyek tiszták, de szennyeződésekkel szennyezettek percek arányában, mint minden millióban egy részecske.

Ezt a szennyeződési folyamatot Dopingnak hívják, ami viszont kétféle formában nyilvánul meg.

Az első típusú dopping az N típus, amiben az anyag 5 vegyértékű atomdal szennyezett, például a Foszfor P, az Arzén As vagy az Antimon Sb. Az ötödik vegyértékű elektron bevonásával a tetravalens atomok, kénytelen elkalandozni a félvezető anyagon, anélkül, hogy stabil helyet találna Helyezkedjen el. Ezen hibás elektronok halmazát többségi elektronoknak nevezzük.

A dopping második típusa a P típus, amiben a félvezető anyag 3 vegyérték atomokkal szennyezett, például a Bór B, a Gallium Ga vagy az Indium In. Ha ezt az atomot viszik be az anyagba, akkor egy lyuk marad, ahová az elektronnak el kell mennie. A lyuk könnyen mozog az anyag szerkezetén, mintha pozitív töltés hordozója lenne. Ebben az esetben a lyukak többségi hordozók.

Félvezető alkalmazás: dióda

A dióda olyan elektronikus alkatrész, amely két külső félvezető kristály egyesüléséből áll, az egyik N típusú, a másik pedig P típusú. Csatlakozásukkal a felesleges N-típusú elektronok egy része átjut a P-típusú kristályokhoz, a P-típusú furatok egy része pedig az N-típusú kristályokhoz. A kereszteződésben létrejön egy átmeneti zóna nevű sáv, amelynek elektromos mezője úgy viselkedik, mint egy gát, amely ellenáll több elektronnak az N zónából a P zónába és a lyukaknak a P zónából a Zónába történő áthaladásához N.

Ha egy diódát egy akkumulátorhoz csatlakoztatnak, két különböző eset fordul elő: előre és vissza.

A közvetlen polarizáció során a pozitív pólus a P kristályhoz, a negatív pólus pedig az N kristályhoz kapcsolódik. Ez sokkal szűkebbé teszi az átmeneti zónát, megtörve a korlátot és lehetővé téve az áram szabad áthaladását. Ebben az állapotban a dióda vezetőképes.

A fordított polarizációban a pozitív pólus az N kristályhoz, a negatív pólus a P kristályhoz kapcsolódik. Ez sokkal szélesebbé teszi az átmeneti zónát, megerősítve azt a gátat, amely megakadályozza az áram áthaladását. Ebben az esetben a dióda szigetelő.

A Dióda alkalmazásai többféle. A legnépszerűbb alkalmazás azonban az, amely egyenirányítóként használja. Az egyenirányító olyan rendszer, amely képes szinuszos váltakozó bemeneti jelet más, azonos értelemmel bíró jelgé konvertálni, hogy később váltakozó áramot egyenárammá alakítsa. Az áram kiegyenlítése előtt transzformátort használnak, amely csökkenti a feszültség értékét.

Példák félvezető anyagokra

A csoport szerint, amelyben a periódusos rendszerben vannak, ezek a példák a félvezető elemekre:

IIIA. Csoport: Bór B, Alumínium Al, Gallium Ga, Indium In.

Csoportos áfa: Szilícium-Si, Germanium Ge.

VA csoport: Foszfor P, Arzén As, Antimony Sb.

VIA csoport: Kén S, Szelén Se, Tellúr Te.