Eksempel på halvledermaterialer

I henhold til deres evne til å lede elektrisk strøm, er materialene delt inn i tre kategorier: Ledere, Isolatorer og Halvledere. Det mest fremtredende eksemplet på ledere er metaller, slik som kobber Cu, aluminium Al og sølv Ag; og av isolatorene polymerene og glasset. Tredje klasse vil bli diskutert neste: halvledere.

De elektriske egenskapene til halvledere er blant isolatorene og lederne.Silicon Si og Germanium Ge er velkjente eksempler på halvledere som ofte brukes til fremstilling av en rekke elektroniske enheter.. De elektriske egenskapene til halvledere kan endres i flere størrelsesordener, og tilfører kontrollerte mengder utenlandske atomer til materialene.

Halvledere oppfører seg som isolatorer ved lave temperaturer, men hvis dette økes, oppfører de seg som ledere. Denne dualiteten av ledningsevne skyldes at materialets valenselektroner er løst bundet til deres respektive kjerner. atom, men ikke nok, slik at temperaturøkningen vil tillate dem å forlate atomet å sirkulere gjennom atomgitteret til materiale. Så snart et elektron forlater et atom, etterlater det et hull i stedet som kan fylles av et annet elektron som sirkulerte i gitteret.

Dette er tilfellet med de tidligere nevnte kjemiske elementene, Silicon Si og Germanium Ge, som har fire valenselektroner på sitt siste nivå. Det skal bemerkes at for å tilføre energi til halvledermaterialet, i tillegg til varmeoverføring, kan lys påføres.

For å bedre forstå oppførselen til halvledermaterialer, vil Theory of Bands bli brukt.

Bandteori

 Konseptet av Valencia-bånd, som er den akkumulerte energien som valenselektroner har.

I tillegg håndterer denne teorien definisjonen av Ledningsbånd, som energien sammen som elektroner må trekke seg fra atomene sine. Elektronene som er i ledningsbåndet kan sirkulere gjennom materialet hvis det er en elektrisk spenning som driver dem mellom to punkter.

Basert på de to bandene, vil tilfellene Conductor, Insulator og Semiconductor bli studert for å ha et perspektiv for sistnevnte.

For en leder er energien i Valencia-båndet større enn den til elektronene til ledningsbåndet. På en slik måte at båndene overlapper hverandre og mange Valencia-elektroner plasseres veldig enkelt på ledningen, og derfor med mulighet for å sirkulere i midten.

For en isolator er derimot energien i ledningsbåndet mye større enn energien i Valencia-bandet. Her er det et gap mellom Valencia Band og Conduction Band, slik at Valencia elektroner ikke får tilgang til Conduction Band som vil være tomt. Derfor leder ikke isolatoren. Bare ved høye temperaturer kan disse materialene være ledende.

Når det gjelder halvledere er ledningsbåndet fortsatt større enn Valencia-båndet, men gapet mellom de to er betydelig mindre, slik at med en energisk økning hopper Valencia-elektronene til ledningsbåndet og kan sirkulere gjennom mediet. Når et elektron hopper fra Valencia-båndet til ledningsbåndet, etterlater det et egg i Valencia-båndet som også regnes som en bærer av elektrisk strøm.

I halvledere skilles det mellom to typer elektriske strømbærere: negativt ladede elektroner, og hule, positivt ladede.

Typer halvledere 

Det er to klasser av halvledere i henhold til deres renhet. Halvledermaterialer i ren tilstand er kjent som Intrinsic Semiconductors; og det er ekstreme halvledere, som er rene, men forurensede med urenheter i små proporsjoner, som en partikkel i hver million.

Denne forurensningsprosessen kalles doping, som igjen manifesterer seg i to typer.

Den første typen doping er Type N, der materialet er forurenset med valens 5 atomer, som fosfor P, arsen som eller antimon Sb. Ved å involvere det femte valenselektronet i strukturen til tetravalente atomer, blir tvunget til å vandre gjennom halvledermaterialet, uten å finne et stabilt sted hvor Bli plassert. Settet til disse villfarne elektronene kalles Majoritetselektroner.

Den andre typen doping er Type P, der halvledermaterialet er forurenset med valensatomer 3, som Bor B, Gallium Ga eller Indium In. Hvis dette atomet blir introdusert i materialet, forblir et hull der et elektron skal gå. Hullet beveger seg lett gjennom materialets struktur, som om det var en bærer med positiv ladning. I dette tilfellet er hullene Majority Carriers.

Semiconductor Application: Diode

Dioden er en elektronisk komponent som består av foreningen av to ytre halvlederkrystaller, en av typen N og den andre typen P. Ved å bli med dem passerer en del av overflødige N-type elektroner til P-typen krystall, og en del av P-typen hull passerer til N-typen krystall. En stripe kalt Transition Zone opprettes i krysset, som har et elektrisk felt som oppfører seg som en barriere som motarbeider passering av flere elektroner fra sone N til sone P og hull fra sone P til sone N.

Når en diode er koblet til et batteri, oppstår to forskjellige tilfeller: Forward Bias og Reverse Bias.

I direkte polarisering er den positive polen koblet til krystall P og den negative polen til krystall N. Dette gjør overgangssonen mye smalere, bryter barrieren og tillater fri gjennomgang av strømmen. I denne tilstanden er dioden ledende.

I omvendt polarisering kobles den positive polen til krystall N og den negative polen til krystall P. Dette gjør overgangssonen mye bredere, og forsterker barrieren som forhindrer strømmen. I dette tilfellet er dioden isolerende.

Applikasjonene til dioden er flere. Det mest populære programmet er imidlertid det som bruker det som en likeretter. En likeretter er et system som er i stand til å konvertere et sinusformet vekselvis inngangssignal til et annet som har samme følelse, for senere å konvertere vekselstrøm til likestrøm. Før du retter på strømmen, brukes en transformator som reduserer spenningsverdien.

Eksempler på halvledermaterialer

Av gruppen der de er tilstede i det periodiske systemet, er dette noen eksempler på halvlederelementer:

Gruppe IIIA: Bor B, Aluminium Al, Gallium Ga, Indium In.

Gruppemoms: Silicon Si, Germanium Ge.

Gruppe VA: Fosfor P, Arsen As, Antimon Sb.

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