Puslaidininkinių medžiagų pavyzdys

Pagal jų gebėjimą praleisti elektros srovę medžiagos skirstomos į tris kategorijas: laidininkai, izoliatoriai ir puslaidininkiai. Ryškiausias laidininkų pavyzdys yra metalai, tokie kaip varis Cu, aliuminis Al ir sidabras Ag; o izoliatorių - polimerai ir stiklas. Toliau bus aptariama trečioji klasė: puslaidininkiai.

Puslaidininkių elektrinės savybės yra tarp izoliatorių ir laidininkų.Silicio Si ir „Germanium Ge“ yra gerai žinomi puslaidininkių pavyzdžiai, kurie dažnai naudojami gaminant įvairius elektroninius prietaisus.. Puslaidininkių elektrinės savybės gali būti keičiamos keliais dydžiais, pridedant prie medžiagų kontroliuojamus pašalinių atomų kiekius.

Puslaidininkiai elgiasi kaip izoliatoriai esant žemai temperatūrai, tačiau jei tai padidėja, jie elgiasi kaip laidininkai. Šį laidumo dvilypumą lemia tai, kad medžiagos valentiniai elektronai yra laisvai surišti su atitinkamais jų branduoliais. atominis, bet nepakankamas, kad pakilus temperatūrai jie galėtų palikti atomą cirkuliuoti atominės grotelės medžiaga. Vos elektronas palieka atomą, jo vietoje palieka skylę, kurią gali užpildyti kitas grotelėje cirkuliuojantis elektronas.

Tai pasakytina apie anksčiau minėtus cheminius elementus Silicio Si ir Germanium Ge, kurių paskutiniame lygyje yra keturi valentiniai elektronai. Reikėtų pažymėti, kad, norint pridėti energijos į puslaidininkinę medžiagą, be šilumos perdavimo, gali būti naudojama šviesa.

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

Grupės teorija

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

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

Remiantis dviem juostomis, bus tiriami laidininko, izoliatoriaus ir puslaidininkio atvejai, kad būtų perspektyva pastarajam.

Dirigentui Valensijos juostos energija yra didesnė nei laidumo juostos elektronų. Taip, kad juostos sutampa ir daugelis „Valencia“ elektronų labai lengvai dedami ant „Conduction“, taigi, turint galimybę cirkuliuoti viduryje.

Kita vertus, izoliatoriui laidumo juostos energija yra daug didesnė nei Valensijos juostos energija. Čia yra tarpas tarp Valensijos juostos ir laidumo juostos, todėl Valensijos elektronai negali patekti į laidumo juostą, kuri bus tuščia. Štai kodėl izoliatorius neveikia. Šios medžiagos gali būti laidžios tik esant aukštai temperatūrai.

Puslaidininkių atveju laidumo juosta vis dar yra didesnė už Valensijos juostą, tačiau skirtumas tarp jų yra žymiai mažesnis, kad energingai padidėjus, Valensijos elektronai šoktų į laidumo juostą ir galėtų cirkuliuoti per terpę. Kai elektronas šokinėja iš Valensijos juostos į laidumo juostą, jis palieka kiaušinį Valensijos juostoje, kuri taip pat laikoma elektros srovės nešėja.

Puslaidininkiuose išskiriami du elektros srovės nešiklių tipai: neigiamai įkrauti elektronai ir skylės, teigiamai įkrautos.

Puslaidininkių tipai 

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

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

Pirmasis dopingo tipas yra N tipas, kuriame medžiaga yra užteršta 5 valentiniais atomais, pavyzdžiui, fosforas P, Arsenic As arba Antimonas Sb. Įtraukiant penktąjį valentinį elektroną į keturvalentių atomų, yra priverstas klaidžioti per puslaidininkių medžiagą, nerandant stabilios vietos, kur Būkite pastatytas. Šių klaidingų elektronų aibė vadinama Daugumos elektronais.

Antrasis dopingo tipas yra P tipas, kuriame puslaidininkinė medžiaga yra užteršta 3 valentingumo atomais, pavyzdžiui, Boras B, Gallium Ga arba Indium In. Jei šis atomas įvedamas į medžiagą, lieka skylė ten, kur turėtų eiti elektronas. Skylė lengvai juda per medžiagos struktūrą, tarsi ji būtų teigiamo krūvio nešėja. Šiuo atveju skylės yra daugumos vežėjai.

Puslaidininkių taikymas: diodas

Diodas yra elektroninis komponentas, susidedantis iš dviejų išorinių puslaidininkių kristalų, vieno N tipo, o kito P, jungimo. Sujungus dalis perteklinių N tipo elektronų pereina į P tipo kristalus, o dalis P tipo skylių - į N tipo kristalus. Jungtyje yra sukurta juosta, vadinama perėjimo zona, kurios elektrinis laukas elgiasi kaip a barjeras, kuris trukdo daugiau elektronų pereiti iš N zonos į P zoną ir skylių iš P zonos į zoną N.

Prijungus diodą prie akumuliatoriaus, įvyksta du skirtingi atvejai: priekinis poslinkis ir atvirkštinis poslinkis.

Vykdant tiesioginę poliarizaciją, teigiamas polius yra sujungtas su kristalu P, o neigiamas - su kristalu N. Tai daro perėjimo zoną daug siauresnę, sulaužydama barjerą ir leisdama laisvai praeiti srovę. Esant tokiai būklei, diodas yra laidus.

Atvirkštinės poliarizacijos metu teigiamas polius jungiasi su kristalu N, o neigiamas - su kristalu P. Tai daro perėjimo zoną daug platesnę, sustiprindama barjerą, kuris neleidžia praeiti srovei. Šiuo atveju diodas yra izoliacinis.

Diodo programos yra kelios. Tačiau populiariausia programa yra ta, kuri ją naudoja kaip lygintuvą. Lygintuvas yra sistema, galinti sinusinį kintamą įvesties signalą paversti kitu, turinčiu tą pačią prasmę, kad vėliau kintamąją srovę paverstų nuolatine. Prieš ištaisant srovę, naudojamas transformatorius, kuris sumažina įtampos vertę.

Puslaidininkinių medžiagų pavyzdžiai

Pagal grupę, kurioje jie yra periodinėje lentelėje, yra keletas puslaidininkių elementų pavyzdžių:

IIIA grupė: Boras B, Aliuminis Alis, Gallium Ga, Indiumas.

Grupinis PVM: Silicio Si, „Germanium Ge“.

VA grupė: fosforas P, Arsenic As, Antimonas Sb.

VIA grupė: Sulfur S, Selen Se, Tellurium Te.