Puslaidininkinių medžiagų pavyzdys

Pagal gebėjimą pravesti elektros srovę medžiagos skirstomos į tris kategorijas: laidininkus, izoliatorius ir puslaidininkius. Ryškiausi laidininkų pavyzdžiai yra metalai, tokie kaip varis Cu, aliuminis Al ir sidabras Ag; o iš izoliatorių – polimerai ir stiklas. Trečioji klasė bus aptarta toliau: puslaidininkiai.

Puslaidininkių elektrinės savybės yra tarp izoliatorių ir laidininkų.Silicio Si ir Germanium Ge yra gerai žinomi puslaidininkių, kurie dažnai naudojami gaminant įvairius elektroninius prietaisus, pavyzdžiai.. Puslaidininkių elektrines savybes galima keisti keliomis eilėmis, į medžiagas pridedant kontroliuojamą kiekį pašalinių atomų.

Puslaidininkiai elgiasi kaip izoliatoriai esant žemai temperatūrai, bet jei tai padidinama, jie elgiasi kaip laidininkai. Šis laidumo dvilypumas yra dėl to, kad medžiagos valentiniai elektronai yra laisvai susieti su atitinkamais branduoliais. atominiai, bet nepakankamai, kad pakilus temperatūrai jie galėtų palikti atomą, kad galėtų cirkuliuoti per jo atominę gardelę. medžiaga. Kai tik elektronas palieka atomą, jis savo vietoje palieka skylę, kurią gali užpildyti kitas gardelėje cirkuliavęs elektronas.

Tai yra anksčiau minėtų cheminių elementų, silicio Si ir germanio Ge, kurių paskutiniame lygyje yra keturi valentiniai elektronai, atvejis. Reikėtų pažymėti, kad norint pridėti energijos prie puslaidininkinės medžiagos, be šilumos perdavimo, galima naudoti šviesą.

Norint geriau suprasti puslaidininkinių medžiagų elgseną, bus naudojama juostų teorija.

Juostos teorija

 Sąvoka Valensijos juosta, kuri yra sukaupta energija, kurią turi valentiniai elektronai.

Be to, ši teorija apibrėžia Laidumo juosta, kaip energija, kurią kartu elektronai turi pasitraukti iš savo atomų. Elektronai, esantys laidumo juostoje, gali cirkuliuoti per medžiagą, jei yra elektros įtampa, kuri juos stumia tarp dviejų taškų.

Remiantis dviem juostomis, bus tiriami laidininko, izoliatoriaus ir puslaidininkio atvejai, kad būtų galima pamatyti pastarąjį.

Laidininko atveju Valensijos juostos energija yra didesnė nei laidumo juostos elektronų. Tokiu būdu, kad juostos persidengia ir daugelis Valensijos elektronų yra labai lengvai dedami ant laidumo, taigi, su galimybe cirkuliuoti viduryje.

Kita vertus, izoliatoriaus laidumo juostos energija yra daug didesnė nei Valensijos juostos energija. Čia yra tarpas tarp Valensijos juostos ir laidumo juostos, todėl Valensijos elektronai negali pasiekti laidumo juostos, kuri bus tuščia. Štai kodėl izoliatorius nelaidžia. Tik esant aukštai temperatūrai šios medžiagos gali būti laidžios.

Puslaidininkių atveju laidumo juosta vis dar yra didesnė nei Valensijos juosta, tačiau skirtumas tarp jų yra žymiai mažesnis, kad energingai padidėjus Valensijos elektronai peršoktų į laidumo juostą ir galėtų cirkuliuoti per terpę. Kai elektronas peršoka iš Valensijos juostos į laidumo juostą, Valensijos juostoje palieka kiaušinį, kuris taip pat laikomas elektros srovės nešikliu.

Puslaidininkiuose išskiriami du elektros srovės nešiklių tipai: neigiamo krūvio elektronai ir skylės, teigiamai įkrauti.

Puslaidininkių tipai 

Pagal jų grynumą yra dvi puslaidininkių klasės. Puslaidininkinės medžiagos grynos yra žinomos kaip vidiniai puslaidininkiai; ir yra išorinių puslaidininkių, kurie yra gryni, bet nedideliais kiekiais užteršti priemaišomis, kaip viena dalelė iš milijono.

Šis užteršimo procesas vadinamas dopingu, kuris savo ruožtu pasireiškia dviem būdais.

Pirmasis dopingo tipas yra N tipas, kuriame medžiaga yra užteršta 5 atomų valentiniais, pvz., fosforas P, arsenas As arba stibis Sb. Įtraukiant penktąjį valentinį elektroną į keturvalenčių atomų, yra priverstas klaidžioti per puslaidininkinę medžiagą, nerasdamas stabilios vietos, kur Būti padėtas. Šių klaidingų elektronų rinkinys vadinamas didžiosios dalies elektronais.

Antrasis dopingo tipas yra P tipas, kuriame puslaidininkinė medžiaga yra užteršta 3 valentingumo atomaispvz., Boro B, Gallium Ga arba Indium In. Jei šis atomas įvedamas į medžiagą, atsiranda skylė, į kurią turi patekti elektronas. Skylė lengvai juda per medžiagos struktūrą, tarsi ji būtų teigiamo krūvio nešiklis. Šiuo atveju skylės yra „Majority Carriers“.

Puslaidininkių taikymas: diodas

Diodas yra elektroninis komponentas, susidedantis iš dviejų išorinių puslaidininkių kristalų, vieno N tipo, o kito P tipo. Jas sujungus dalis N tipo elektronų pertekliaus pereina į P tipo kristalą, o dalis P tipo skylių pereina į N tipo kristalą. Sankryžoje sukuriama juosta, vadinama pereinamąja zona, kuri turi elektrinį lauką, kuris veikia kaip a barjeras, kuris prieštarauja daugiau elektronų perėjimui iš N zonos į zoną P ir skylėms iš P zonos į zoną N.

Kai diodas yra prijungtas prie akumuliatoriaus, atsiranda du skirtingi atvejai: į priekį ir atgal.

Esant tiesioginei poliarizacijai, teigiamas polius yra prijungtas prie kristalo P, o neigiamas - su kristalu N. Dėl to pereinamoji zona tampa daug siauresnė, sulaužoma kliūtis ir leidžiama laisvai praeiti srovei. Esant tokiai būklei, diodas yra laidus.

Atvirkštinėje poliarizacijoje teigiamas polius jungiasi su kristalu N, o neigiamas polius su kristalu P. Tai daro pereinamą zoną daug platesnę, sustiprindama barjerą, kuris neleidžia praeiti srovei. Šiuo atveju diodas yra izoliatorius.

Diodų pritaikymo galimybės yra įvairios. Tačiau populiariausia programa yra ta, kuri ją naudoja kaip lygintuvą. Lygintuvas yra sistema, galinti konvertuoti sinusinį kintamąjį įvesties signalą į kitą, turintį tą pačią prasmę, kad vėliau kintamąją srovę paverstų nuolatine srove. Prieš ištaisant srovę, naudojamas transformatorius, kuris sumažina įtampos vertę.

Puslaidininkinių medžiagų pavyzdžiai

Pagal grupę, kurioje jie yra periodinėje lentelėje, pateikiami keli puslaidininkinių elementų pavyzdžiai:

IIIA grupė: Boras B, aliuminio Al, Galis Ga, Indium In.

Grupės PVM: Silicon Si, Germanium Ge.

VA grupė: Fosforas P, Arsenas As, Stibis Sb.

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