ნახევარგამტარული მასალების მაგალითი

ელექტრული დენის გატარების უნარის მიხედვით, მასალები იყოფა სამ კატეგორიად: გამტარები, იზოლატორები და ნახევარგამტარები. კონდუქტორების ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია ლითონები, როგორიცაა სპილენძი Cu, ალუმინის ალ და ვერცხლი Ag; და იზოლატორების პოლიმერები და მინა. შემდეგ განვიხილავთ მესამე კლასს: ნახევარგამტარები.

ნახევარგამტარების ელექტრული თვისებები არის იზოლატორებისა და გამტარების თვისებები.Silicon Si და Germanium Ge კარგად არის ცნობილი ნახევარგამტარების მაგალითები, რომლებიც ხშირად გამოიყენება სხვადასხვა ელექტრონული მოწყობილობების წარმოებაში.. ნახევარგამტარების ელექტრული თვისებები შეიძლება შეიცვალოს სიდიდის რამდენიმე რიგის მიხედვით, მასალებს დაემატოს კონტროლირებადი რაოდენობით უცხო ატომები.

ნახევარგამტარები იქცევიან როგორც იზოლატორები დაბალ ტემპერატურაზე, მაგრამ თუ ეს გაზრდილია, ისინი იქცევიან როგორც გამტარები. გამტარობის ეს ორმაგობა განპირობებულია იმით, რომ მასალის ვალენტური ელექტრონები თავისუფლად არიან მიბმული მათი შესაბამის ბირთვებზე. ატომური, მაგრამ არ არის საკმარისი, ასე რომ ტემპერატურის ზრდა საშუალებას მისცემს მათ დატოვონ ატომი, რომ ცირკულირდეს ატომური ქსელის მეშვეობით მასალა როგორც კი ელექტრონი ტოვებს ატომს, ის თავის ადგილას ტოვებს ხვრელს, რომლის შევსება სხვა ელექტრონს შეუძლია, რომელიც ბადეში ვრცელდებოდა.

ეს ეხება ადრე ნახსენებ ქიმიურ ელემენტებს, Silicon Si და Germanium Ge- ს, რომლებსაც ბოლო დონეზე აქვთ ოთხი ვალენტური ელექტრონი. უნდა აღინიშნოს, რომ ნახევარგამტარული მასალის ენერგიის დასამატებლად, სითბოს გადაცემის გარდა, შესაძლებელია სინათლის გამოყენებაც.

ნახევარგამტარული მასალების ქცევის უკეთ გასაგებად გამოყენებული იქნება ჯგუფების თეორია.

ჯგუფის თეორია

 კონცეფცია ვალენსიის ზოლი, რომელიც არის დაგროვილი ენერგია, რომელსაც ფლობს ვალენტური ელექტრონები.

გარდა ამისა, ეს თეორია ახდენს განმარტებას გამტარობა, როგორც ენერგია, რომლითაც ელექტრონებს ატომებიდან უნდა გამოყონ. ელექტრონებს, რომლებიც გამტარ ზოლშია, შეუძლიათ ცირკულირება მასალის საშუალებით, თუ არსებობს ელექტრული ძაბვა, რომელიც მათ ორ წერტილს შორის მართავს.

ორი ჯგუფის საფუძველზე შეისწავლიან კონდუქტორის, იზოლატორისა და ნახევარგამტარის შემთხვევებს, რომ ამ უკანასკნელის პერსპექტივა ჰქონდეს.

კონდუქტორისთვის, ვალენსიის ჯგუფის ენერგია უფრო მეტია, ვიდრე გამტარი ჯგუფის ელექტრონები. ისე, რომ შემსრულებლები გადაფარონ და ვალენსიის მრავალი ელექტრონი ძალიან ადვილად განთავსდეს გამტარობაზე და, შესაბამისად, შუაში მიმოქცევის შესაძლებლობით.

მეორე მხრივ, იზოლატორისთვის გამტარ ზოლის ენერგია გაცილებით მეტია, ვიდრე ვალენსიის ბენდის ენერგია. აქ არის უფსკრული ვალენსიის ჯგუფსა და გამტარ ზოლს შორის, ისე, რომ ვალენსიის ელექტრონებს არ ჰქონდეთ წვდომა გამტარ ბენდზე, რომელიც ცარიელი იქნება. ამიტომ იზოლატორი არ ატარებს. მხოლოდ მაღალ ტემპერატურაზე შეიძლება ამ მასალების გამტარობა.

ნახევარგამტარების შემთხვევაში, გამტარობა ჯერ კიდევ მეტია, ვიდრე ვალენსიის ჯგუფი, მაგრამ უფსკრული ორს შორის მნიშვნელოვნად მცირეა, ისე, რომ ენერგიული მატებით, ვალენსიის ელექტრონები გადადიან გამტარ ზოლზე და შეუძლიათ ცირკულირება საშუალებით. როდესაც ელექტრონი გადადის ვალენსიის ზოლიდან გამტარ ზოლზე, იგი ტოვებს კვერცხუჯრედს ვალენსიის ჯგუფში, რომელიც ასევე ითვლება ელექტრული დენის მატარებლად.

ნახევარგამტარებში გამოიყოფა ორი სახის ელექტრული დენის მატარებლები: უარყოფითად დამუხტული ელექტრონები და ხვრელები, დადებითად დამუხტული.

ნახევარგამტარების ტიპები 

ნახევარგამტარების ორი კლასი არსებობს მათი სიწმინდის მიხედვით. ნახევარგამტარული მასალები სუფთა მდგომარეობაში ცნობილია როგორც შინაგანი ნახევარგამტარები; არსებობს გარე ნახევარგამტარები, რომლებიც სუფთაა, მაგრამ მინარევებით დაბინძურებულია წუთის პროპორციით, ისევე როგორც ერთი ნაწილაკი ყოველ მილიონში.

ამ დაბინძურების პროცესს დოპინგს უწოდებენ, რაც, თავის მხრივ, ორი ტიპის სახით ვლინდება.

დოპინგის პირველი ტიპია N ტიპი, რომელშიც მასალა დაბინძურებულია ვალენტური 5 ატომით, როგორიცაა ფოსფორი P, დარიშხანი ან ანტიმონის Sb. მეხუთე ვალენტური ელექტრონის ჩართვით ტეტრავალენტური ატომები იძულებულნი არიან ტრიალებენ ნახევარგამტარული მასალის საშუალებით, საიტის სტაბილური პოვნის გარეშე განთავსდება. ამ მცდარი ელექტრონების ერთობლიობას უწოდებენ უმრავლესობის ელექტრონებს.

დოპინგის მეორე ტიპია P ტიპი, რომელშიც ნახევარგამტარული მასალა დაბინძურებულია ვალენტობის 3 ატომებით, როგორიცაა Boron B, Gallium Ga, ან Indium In. თუ ეს ატომი შედის მასალაში, ნახვრეტი რჩება, სადაც ელექტრონი უნდა წავიდეს. ხვრელი ადვილად მოძრაობს მასალის სტრუქტურაში, ისე, როგორც ეს პოზიტიური მუხტის მატარებელია. ამ შემთხვევაში, ხვრელები არის მაჟორიტარული მატარებლები.

ნახევარგამტარული გამოყენება: დიოდი

დიოდი არის ელექტრონული კომპონენტი, რომელიც შედგება ორი გარეგანი ნახევარგამტარული კრისტალების გაერთიანებისაგან, ერთი ტიპის N და მეორე ტიპის P. მათთან შეერთებით, ჭარბი N ტიპის ელექტრონების ნაწილი გადადის P ტიპის კრისტალზე, ხოლო P ტიპის ხვრელების ნაწილი გადადის N ტიპის კრისტალზე. შეერთების ადგილას იქმნება ზოლი სახელწოდებით გარდამავალი ზონა, რომელსაც აქვს ელექტრული ველი, რომელიც იქცევა ბარიერი, რომელიც ეწინააღმდეგება მეტი ელექტრონის გადასვლას Z ზონიდან P ზონაში და ხვრელების ზონაში P ზონაში ნ.

როდესაც დიოდი აკავშირებს ბატარეას, ორი განსხვავებული შემთხვევა ხდება: Forward Bias და Reverse Bias.

პირდაპირი პოლარიზაციის დროს, პოზიტიური პოლუსი უკავშირდება კრისტალ P- ს, ხოლო უარყოფითი - N კრისტალს. ეს გარდამავალ ზონას უფრო ვიწრო ხდის, ბარიერს არღვევს და ახდენს დენის თავისუფალ გავლას. ამ მდგომარეობაში დიოდი გამტარია.

შებრუნებული პოლარიზაციის დროს, პოზიტიური პოლუსი უერთდება კრისტალ N- ს და უარყოფითი პოლუსი კრისტალი P- ს. ეს გარდამავალ ზონას ბევრად უფრო ფართო ხდის, აძლიერებს ბარიერს, რომელიც ხელს უშლის დინების გადასვლას. ამ შემთხვევაში, დიოდი არის საიზოლაციო.

დიოდის პროგრამები მრავალჯერადია. ამასთან, ყველაზე პოპულარული პროგრამა არის ის, რომელიც იყენებს მას, როგორც გამსწორებელი. Rectifier არის სისტემა, რომელსაც შეუძლია სინუსოიდის ალტერნატიული შეყვანის სიგნალი სხვაში გადააქციოს, რომელსაც იგივე აზრი აქვს, შემდგომში ალტერნატიული მიმდინარე გადააქციოს პირდაპირ დენად. დენის გამოსწორებამდე გამოიყენება ტრანსფორმატორი, რომელიც ამცირებს ძაბვის მნიშვნელობას.

ნახევარგამტარული მასალების მაგალითები

ჯგუფის მიერ, რომელშიც ისინი იმყოფებიან პერიოდულ ცხრილში, ეს არის ნახევარგამტარული ელემენტების მაგალითები:

ჯგუფი IIIA: ბორი B, ალუმინის ალ, გალიუმ Ga, ინდიუმი ინ.

დღგ ჯგუფი: Silicon Si, Germanium Ge.

VA ჯგუფი: ფოსფორი P, დარიშხანი, Antimony Sb.

VIA ჯგუფი: გოგირდი S, Selenium Se, Tellurium Te.