Pusvadītāju materiālu piemērs

Atkarībā no spējas vadīt elektrisko strāvu materiālus iedala trīs kategorijās: vadītāji, izolatori un pusvadītāji. Visizcilākie vadītāju piemēri ir metāli, piemēram, varš Cu, alumīnijs Al un sudrabs Ag; un no izolatoriem polimēri un stikls. Trešā klase tiks apspriesta turpmāk: pusvadītāji.

Pusvadītāju elektriskās īpašības ir starp izolatoriem un vadītājiem.Silicon Si un Germanium Ge ir labi zināmi pusvadītāju piemēri, kurus bieži izmanto dažādu elektronisko ierīču ražošanā.. Pusvadītāju elektriskās īpašības var mainīt par vairākām kārtām, pievienojot materiāliem kontrolētu daudzumu svešu atomu.

Pusvadītāji zemās temperatūrās darbojas kā izolatori, bet, ja to palielina, tie darbojas kā vadītāji. Šī vadītspējas dualitāte ir saistīta ar faktu, ka materiāla valences elektroni ir brīvi saistīti ar attiecīgajiem kodoliem. atomu, bet ne pietiekami, lai temperatūras paaugstināšanās ļautu tiem atstāt atomu, lai cirkulētu caur atomu režģi. materiāls. Tiklīdz elektrons atstāj atomu, tas savā vietā atstāj caurumu, ko var aizpildīt cits elektrons, kas cirkulēja režģī.

Tas attiecas uz iepriekš minētajiem ķīmiskajiem elementiem Silicon Si un Germanium Ge, kuru pēdējā līmenī ir četri valences elektroni. Jāņem vērā, ka, lai pusvadītāju materiālam pievienotu enerģiju, papildus siltuma pārnesei var pielietot gaismu.

Lai labāk izprastu pusvadītāju materiālu uzvedību, tiks izmantota joslu teorija.

Joslu teorija

 Jēdziens par Valensijas josla, kas ir valences elektronu uzkrātā enerģija.

Turklāt šī teorija apstrādā definīciju Vadības josla, kā enerģija kopā, kas elektroniem ir jāizņem no atomiem. Elektroni, kas atrodas vadīšanas joslā, var cirkulēt caur materiālu, ja ir elektriskais spriegums, kas tos virza starp diviem punktiem.

Pamatojoties uz abām joslām, tiks pētīti diriģenta, izolatora un pusvadītāja gadījumi, lai būtu perspektīva pēdējam.

Diriģentam Valensijas joslas enerģija ir lielāka nekā vadīšanas joslas elektronu enerģija. Tādā veidā, ka joslas pārklājas un daudzi Valensijas elektroni tiek novietoti uz Vadības ļoti viegli, un tāpēc ar iespēju cirkulēt vidū.

No otras puses, izolatoram vadīšanas joslas enerģija ir daudz lielāka nekā Valensijas joslas enerģija. Šeit ir plaisa starp Valensijas joslu un vadīšanas joslu, tāpēc Valensijas elektroni nevar piekļūt vadīšanas joslai, kas būs tukša. Tāpēc izolators nevada. Šie materiāli var būt vadoši tikai augstā temperatūrā.

Pusvadītāju gadījumā vadīšanas josla joprojām ir lielāka nekā Valensijas josla, taču atšķirība starp tām ir ievērojami mazāka. lai ar enerģētisko pieaugumu Valensijas elektroni pārietu uz Vadības joslu un varētu cirkulēt caur vidi. Kad elektrons pārlec no Valensijas joslas uz vadīšanas joslu, tas Valensijas joslā atstāj olu, ko arī uzskata par elektriskās strāvas nesēju.

Pusvadītājos izšķir divu veidu elektriskās strāvas nesējus: negatīvi lādētus elektronus un pozitīvi lādētus caurumus.

Pusvadītāju veidi 

Ir divas pusvadītāju klases atkarībā no to tīrības pakāpes. Pusvadītāju materiāli tīrā stāvoklī ir zināmi kā iekšējie pusvadītāji; un ir ārējie pusvadītāji, kas ir tīri, bet piesārņoti ar piemaisījumiem nelielās proporcijās, piemēram, viena daļiņa no miljona.

Šo piesārņojuma procesu sauc par dopingu, kas savukārt izpaužas divos veidos.

Pirmais dopinga veids ir N tips, kurā materiāls ir piesārņots ar valences 5 atomiem, piemēram, fosfors P, arsēns As vai antimons Sb. Iesaistot piekto valences elektronu četrvērtīgie atomi, ir spiesti klīst pa pusvadītāju materiālu, neatrodot stabilu vietu, kur Esi novietots. Šo klaiņojošo elektronu kopu sauc par lielāko daļu elektronu.

Otrs dopinga veids ir P tips, kurā pusvadītāju materiāls ir piesārņots ar 3. valences atomiem, piemēram, Boron B, Gallium Ga vai Indium In. Ja šis atoms tiek ievadīts materiālā, ir caurums, kur jāiet elektronam. Caurums viegli pārvietojas pa materiāla struktūru, it kā tas būtu pozitīva lādiņa nesējs. Šajā gadījumā caurumi ir Majority Carriers.

Pusvadītāju pielietojums: diode

Diode ir elektroniska sastāvdaļa, kas sastāv no divu ārējo pusvadītāju kristālu savienojuma, no kuriem viens ir N un otrs P tipa. Savienojot tos, daļa no liekajiem N-tipa elektroniem pāriet uz P-tipa kristālu, un daļa no P-tipa caurumiem pāriet uz N-tipa kristālu. Savienojumā tiek izveidota josla, ko sauc par pārejas zonu, un kurai ir elektriskais lauks, kas darbojas kā a barjera, kas iebilst pret vairāk elektronu pāreju no zonas N uz zonu P un caurumiem no zonas P uz zonu N.

Kad diode ir pievienota akumulatoram, notiek divi dažādi gadījumi: Forward Bias un Reverse Bias.

Tiešā polarizācijā pozitīvais pols ir savienots ar kristālu P un negatīvais pols ar kristālu N. Tas padara pārejas zonu daudz šaurāku, pārraujot barjeru un ļaujot brīvi plūst strāvai. Šajā stāvoklī diode ir vadoša.

Reversajā polarizācijā pozitīvais pols savienojas ar kristālu N un negatīvais pols ar kristālu P. Tas padara pārejas zonu daudz plašāku, pastiprinot barjeru, kas novērš strāvas pāreju. Šajā gadījumā diode ir izolators.

Diodes pielietojumi ir dažādi. Tomēr vispopulārākā lietojumprogramma ir tā, kas to izmanto kā taisngriezi. Taisngriezis ir sistēma, kas spēj pārveidot sinusoidālu mainīgu ieejas signālu citā, kam ir tāda pati nozīme, lai vēlāk pārveidotu maiņstrāvu līdzstrāvā. Pirms strāvas iztaisnošanas tiek izmantots transformators, kas samazina sprieguma vērtību.

Pusvadītāju materiālu piemēri

Pēc grupas, kurā tie atrodas periodiskajā tabulā, šie ir daži pusvadītāju elementu piemēri:

IIIA grupa: bors B, alumīnijs Al, gallijs Ga, indijs.

Grupas PVN: Silicon Si, Germanium Ge.

VA grupa: fosfors P, arsēns As, antimons Sb.

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