Exemplu de materiale semiconductoare

În funcție de capacitatea lor de a conduce curent electric, materialele sunt împărțite în trei categorii: conductori, izolați și semiconductori. Cel mai proeminent exemplu de conductori sunt metalele, cum ar fi cuprul Cu, aluminiu Al și argint Ag; iar a izolatorilor polimerii și sticla. A treia clasă va fi discutată în continuare: semiconductori.

Proprietățile electrice ale semiconductoarelor sunt printre cele ale izolatorilor și conductoarelor.Siliciu Si și Germanium Ge sunt exemple binecunoscute de semiconductori care sunt frecvent folosiți la fabricarea unei varietăți de dispozitive electronice.. Proprietățile electrice ale semiconductoarelor pot fi modificate cu mai multe ordine de mărime, adăugând cantități controlate de atomi străini materialelor.

Semiconductorii se comportă ca izolatori la temperaturi scăzute, dar dacă acest lucru este crescut, se comportă ca conductori. Această dualitate a conductivității se datorează faptului că electronii de valență ai materialului sunt legați slab de nucleii lor respectivi. atomic, dar nu suficient, astfel încât creșterea temperaturii le va permite să părăsească atomul pentru a circula prin rețeaua atomică a material. De îndată ce un electron părăsește un atom, acesta lasă o gaură în locul său care poate fi umplută de un alt electron care circula în zăbrele.

Acesta este cazul elementelor chimice menționate anterior, Silicon Si și Germanium Ge, care au patru electroni de valență la ultimul lor nivel. Trebuie remarcat faptul că, pentru a adăuga energie materialului semiconductor, pe lângă transferul de căldură, se poate aplica lumină.

Pentru a înțelege mai bine comportamentul materialelor semiconductoare, va fi folosită teoria benzilor.

Teoria trupelor

 Conceptul de Banda Valencia, care este energia acumulată deținută de electronii de valență.

În plus, definiția Banda de conducere, ca energie împreună pe care electronii trebuie să o retragă din atomii lor. Electronii care se află în banda de conducție pot circula prin material dacă există o tensiune electrică care îi conduce între două puncte.

Pe baza celor două benzi, cazurile de conductor, izolator și semiconductor vor fi studiate pentru a avea o perspectivă pentru acesta din urmă.

Pentru un dirijor, energia benzii Valencia este mai mare decât cea a electronilor benzii de conducere. În așa fel încât benzile se suprapun și mulți electroni Valencia sunt așezați foarte ușor pe conducție și, prin urmare, cu opțiunea de a circula în mijloc.

Pentru un izolator, pe de altă parte, energia benzii de conducere este mult mai mare decât energia benzii Valencia. Aici există un decalaj între banda Valencia și banda de conducere, astfel încât electronii din Valencia nu pot accesa banda de conducere care va fi goală. De aceea izolatorul nu conduce. Numai la temperaturi ridicate aceste materiale pot fi conductoare.

În cazul semiconductoarelor, banda de conducere este încă mai mare decât banda Valencia, dar diferența dintre cele două este considerabil mai mică, astfel încât, cu o creștere energetică, electronii din Valencia să sară în banda de conducere și să poată circula prin mediu. Când un electron sare de la banda Valencia la banda de conducere, lasă un ou în banda Valencia, care este, de asemenea, considerat un purtător de curent electric.

În semiconductori, se disting două tipuri de purtători de curent electric: electroni încărcați negativ și găuri, încărcate pozitiv.

Tipuri de semiconductori 

Există două clase de semiconductori în funcție de puritatea lor. Materialele semiconductoare în stare pură sunt cunoscute sub numele de semiconductori intrinseci; și există semiconductori extrinseci, care sunt puri, dar contaminate cu impurități în proporții minute, ca o particulă din fiecare milion.

Acest proces de contaminare se numește Doping, care la rândul său se manifestă în două tipuri.

Primul tip de dopaj este tipul N, in care materialul este contaminat cu 5 atomi de valență, cum ar fi fosfor P, arsenic ca sau antimoniu Sb. Prin implicarea celui de-al cincilea electron de valență în structura atomi tetravalenți, este forțat să rătăcească prin materialul semiconductor, fără a găsi un loc stabil unde Fii plasat. Setul acestor electroni erranți se numește Electroni cu majoritate.

Al doilea tip de dopaj este tipul P, in care materialul semiconductor este contaminat cu atomi de valență 3, cum ar fi borul B, Gallium Ga sau Indium In. Dacă acest atom este introdus în material, rămâne o gaură unde ar trebui să meargă un electron. Gaura se mișcă ușor prin structura materialului, ca și cum ar fi un purtător de sarcină pozitivă. În acest caz, găurile sunt purtători majoritari.

Aplicație semiconductoare: diodă

Dioda este o componentă electronică care constă în unirea a două cristale semiconductoare extrinseci, una de tip N și cealaltă de tip P. Când sunt uniți, o parte din excesul de electroni de tip N trece în cristalul de tip P, iar o parte din găurile de tip P trec în cristalul de tip N. La joncțiune se creează o bandă numită Zona de tranziție, care are un câmp electric care se comportă ca un barieră care se opune trecerii mai multor electroni din Zona N în Zona P și a găurilor din Zona P în Zona N.

Când o diodă este conectată la o baterie, apar două cazuri diferite: polarizare directă și polarizare inversă.

În polarizarea directă, polul pozitiv este conectat la cristalul P și polul negativ la cristalul N. Acest lucru face ca zona de tranziție să fie mult mai îngustă, rupând bariera și permițând trecerea liberă a curentului. În această stare, dioda este conductivă.

În polarizarea inversă, polul pozitiv se conectează la cristalul N și polul negativ la cristalul P. Acest lucru face ca zona de tranziție să fie mult mai largă, consolidând bariera care împiedică trecerea curentului. În acest caz, dioda este izolator.

Aplicațiile diodei sunt multiple. Cu toate acestea, cea mai populară aplicație este cea care o folosește ca redresor. Un redresor este un sistem capabil să convertească un semnal de intrare alternativ sinusoidal într-un altul care are același sens, pentru a converti ulterior curent alternativ în curent continuu. Înainte de rectificarea curentului, se folosește un transformator care reduce valoarea tensiunii.

Exemple de materiale semiconductoare

După grupul în care sunt prezenți în tabelul periodic, acestea sunt câteva exemple de elemente semiconductoare:

Grupa IIIA: bor B, aluminiu Al, galiu Ga, indiu în.

TVA de grup: Silicon Si, Germanium Ge.

Grupa VA: Fosfor P, Arsenic As, Antimoniu Sb.

Grupa VIA: Sulfur S, Selenium Se, Tellurium Te.