半導体材料の例

材料は、電流を伝導する能力に応じて、導体、絶縁体、半導体の3つのカテゴリに分類されます。 導体の最も顕著な例は、銅Cu、アルミニウムAl、銀Agなどの金属です。 そして絶縁体のポリマーとガラス。 次に、3番目のクラスである半導体について説明します。

半導体の電気的特性は、絶縁体や導体の電気的特性の1つです。シリコンSiとゲルマニウムGeは、さまざまな電子デバイスの製造に頻繁に使用される半導体のよく知られた例です。. 半導体の電気的特性は数桁変化する可能性があり、制御された量の外来原子が材料に追加されます。

半導体は低温では絶縁体として振る舞いますが、これを増やすと導体として振る舞います。 この導電率の二重性は、材料の価電子がそれぞれの原子核に緩く結合しているという事実によるものです。 原子ですが、十分ではないため、温度が上昇すると、原子を離れて原子の原子格子を循環することができます。 材料。 電子が原子を離れるとすぐに、その場所に穴が残り、格子内を循環していた別の電子で埋めることができます。

これは、前述の化学元素であるシリコンSiとゲルマニウムGeの場合で、最後のレベルに4つの価電子があります。 熱伝達に加えて、半導体材料にエネルギーを加えるために、光を加えることができることに留意されたい。

半導体材料の挙動をよりよく理解するために、バンド理論が使用されます。

バンド理論

 の概念 価電子が持つ蓄積エネルギーであるバレンシアバンド.

さらに、この理論は次の定義を処理します 電子が原子から引き出さなければならないエネルギーとしての伝導帯。 伝導帯にある電子は、2点間で電子を駆動する電圧がある場合、材料内を循環する可能性があります。

2つのバンドに基づいて、導体、絶縁体、および半導体のケースを調査し、後者の見通しを立てます。

導体の場合、価電子帯のエネルギーは伝導帯の電子のエネルギーよりも大きくなります。 バンドが重なり、多くのバレンシア電子が伝導に非常に簡単に配置されるように、したがって、中央を循環するオプションがあります。

一方、絶縁体の場合、伝導帯のエネルギーは価電子帯のエネルギーよりもはるかに大きくなります。 ここでは、バレンシアバンドと伝導帯の間にギャップがあるため、バレンシア電子は空になる伝導帯にアクセスできません。 そのため、絶縁体は導通しません。 これらの材料は高温でのみ導電性があります。

半導体の場合、伝導帯はバレンシア帯よりも大きいですが、2つの間のギャップはかなり小さくなります。 そのため、エネルギーが増加すると、バレンシア電子は伝導帯にジャンプし、媒体を循環することができます。 電子が価電子帯から伝導帯にジャンプすると、電流のキャリアとも見なされる価電子帯に卵が残ります。

半導体では、負に帯電した電子と正に帯電した正孔の2種類の電流キャリアが区別されます。

半導体の種類 

半導体には、純度に応じて2つのクラスがあります。 純粋な状態の半導体材料は、真性半導体として知られています。 また、不純物半導体は純粋ですが、100万分の1の粒子のように、わずかな割合で不純物で汚染されています。

この汚染プロセスはドーピングと呼ばれ、2つのタイプで現れます。

ドーピングの最初のタイプはタイプNです、 その中で 材料は原子価5原子で汚染されています、リンP、ヒ素As、アンチモンSbなど。5番目の価電子を 四価の原子は、安定した場所を見つけることなく、半導体材料の中をさまようことを余儀なくされます 配置されます。 これらの誤った電子のセットは、マジョリティ電子と呼ばれます。

ドーピングの2番目のタイプはタイプPです、 その中で 半導体材料は原子価3の原子で汚染されています、Boron B、Gallium Ga、IndiumInなど。 この原子が材料に導入されると、電子が行くべき場所に穴が残ります。 穴は、あたかも正電荷のキャリアであるかのように、材料の構造内を簡単に移動します。 この場合、穴はマジョリティキャリアです。

半導体アプリケーション：ダイオード

ダイオードは、1つはタイプN、もう1つはタイプPの2つの外因性半導体結晶の結合で構成される電子部品です。 それらを結合することにより、過剰なN型電子の一部がP型結晶に渡され、P型正孔の一部がN型結晶に渡されます。 トランジションゾーンと呼ばれるストリップがジャンクションに作成されます。ジャンクションには、次のように動作する電界があります。 ゾーンNからゾーンPへのより多くの電子の通過とゾーンPからゾーンへの正孔の通過に対抗する障壁 N。

ダイオードがバッテリーに接続されている場合、順バイアスと逆バイアスの2つの異なるケースが発生します。

直接分極では、正極は結晶Pに接続され、負極は結晶Nに接続されます。 これにより、遷移ゾーンがはるかに狭くなり、障壁が破られ、電流が自由に通過できるようになります。 この状態では、ダイオードは導電性です。

逆分極では、正極は結晶Nに接続し、負極は結晶Pに接続します。 これにより、遷移ゾーンがはるかに広くなり、電流の通過を防ぐバリアが強化されます。 この場合、ダイオードは絶縁体です。

ダイオードの用途は複数あります。 ただし、最も人気のあるアプリケーションは、それを整流器として使用するアプリケーションです。 整流器は、正弦波の交流入力信号を同じ意味を持つ別の信号に変換し、後で交流を直流に変換できるシステムです。 電流を整流する前に、電圧の値を下げる変圧器が使用されます。

半導体材料の例

それらが周期表に存在するグループによって、これらは半導体元素のいくつかの例です：

グループIIIA：ホウ素B、アルミニウムAl、ガリウムGa、インジウムIn。

グループVAT：シリコンSi、ゲルマニウムGe。

グループVA：リンP、ヒ素As、アンチモンSb。

グループVIA：硫黄S、セレンSe、テルルTe。