Пример полупроводничких материјала

Према својој способности да проводе електричну струју, материјали се деле у три категорије: проводници, изолатори и полупроводници. Најистакнутији примери проводника су метали, као што су бакар Цу, алуминијум Ал и сребро Аг; а од изолатора полимери и стакло. О трећој класи биће речи у наставку: полупроводници.

Електрична својства полупроводника су међу особинама изолатора и проводника.Силицијум Си и Германијум Ге су добро познати примери полупроводника који се често користе у производњи разних електронских уређаја.. Електрична својства полупроводника могу се променити за неколико редова величине, додајући контролисане количине страних атома у материјале.

Полупроводници се на ниским температурама понашају као изолатори, али ако се то повећа, понашају се као проводници. Ова дуалност проводљивости је због чињенице да су валентни електрони материјала лабаво везани за своја језгра. атомски, али недовољно, тако да ће им пораст температуре омогућити да напусте атом да циркулише кроз атомску решетку материјал. Чим електрон напусти атом, он на свом месту оставља рупу коју може попунити други електрон који је кружио у решетки.

Ово је случај са претходно поменутим хемијским елементима, силицијум Си и германијум Ге, који имају четири валентна електрона на свом последњем нивоу. Треба напоменути да се за додавање енергије полупроводничком материјалу, поред преноса топлоте, може применити и светлост.

Да бисмо боље разумели понашање полупроводничких материјала, користиће се Теорија појасева.

Банд Тхеори

 Концепт Валенсијски појас, који је акумулирана енергија коју поседују валентни електрони.

Поред тога, ова теорија се бави дефиницијом Цондуцтион Банд, као енергија заједно коју електрони морају да повуку из својих атома. Електрони који се налазе у појасу проводљивости могу циркулисати кроз материјал ако постоји електрични напон који их покреће између две тачке.

На основу два опсега, случајеви проводника, изолатора и полупроводника ће се проучавати како би имали перспективу за последње.

За проводник, енергија појаса Валенсије је већа од енергије електрона проводног појаса. На тај начин да се траке преклапају и да се многи електрони Валенсије врло лако постављају на Кондукцију, а самим тим и са опцијом кружења у средини.

За изолатор, с друге стране, енергија проводног појаса је много већа од енергије појаса Валенсије. Овде постоји јаз између појаса Валенсије и проводног појаса, тако да електрони Валенсије не могу приступити проводном појасу који ће бити празан. Због тога изолатор не проводи. Само при високим температурама ови материјали могу бити проводљиви.

У случају полупроводника, опсег проводљивости је и даље већи од опсега у Валенсији, али је јаз између њих знатно мањи, тако да са повећањем енергије, електрони Валенсије скачу у појас проводљивости и могу да циркулишу кроз медијум. Када електрон скочи из појаса Валенсије у проводни појас, оставља јаје у појасу Валенсије које се такође сматра носиоцем електричне струје.

У полупроводницима се разликују две врсте носилаца електричне струје: негативно наелектрисани електрони и рупе, позитивно наелектрисане.

Типови полупроводника 

Постоје две класе полупроводника према њиховој чистоћи. Полупроводнички материјали у свом чистом стању познати су као унутрашњи полупроводници; а постоје и спољашњи полупроводници, који су чисти, али контаминирани нечистоћама у малим размерама, као једна честица на сваки милион.

Овај процес контаминације се назива допинг, који се заузврат манифестује у две врсте.

Прва врста допинга је тип Н, у којима материјал је контаминиран са валентним 5 атомима, као што су фосфор П, арсен Ас или антимон Сб. Укључивањем петог валентног електрона у структуру четворовалентни атоми, приморан је да лута кроз полупроводнички материјал, не проналазећи стабилно место где Бити постављен. Скуп ових залуталих електрона назива се већински електрони.

Друга врста допинга је тип П, у којима полупроводнички материјал је контаминиран атомима валенције 3, као што су бор Б, галијум Га или индијум Ин. Ако се овај атом унесе у материјал, постоји рупа у коју треба да иде електрон. Рупа се лако креће кроз структуру материјала, као да је носилац позитивног набоја. У овом случају, рупе су већински носиоци.

Примена полупроводника: Диода

Диода је електронска компонента која се састоји од споја два екстринзична полупроводничка кристала, једног типа Н и другог типа П. Њиховим спајањем део вишка електрона Н-типа прелази у кристал П-типа, а део рупа П-типа прелази у кристал Н-типа. На споју се ствара трака која се зове прелазна зона, која има електрично поље које се понаша као баријера која се супротставља пролазу више електрона из зоне Н у зону П и рупа из зоне П у зону Н.

Када је диода спојена на батерију, јављају се два различита случаја: преднапредна и обрнута пристрасност.

У директној поларизацији, позитивни пол је повезан са кристалом П, а негативни пол са кристалом Н. Ово чини прелазну зону много ужом, разбијајући баријеру и омогућавајући слободан пролаз струје. У овом стању, диода је проводљива.

У обрнутој поларизацији, позитивни пол се повезује са кристалом Н, а негативни пол са кристалом П. Ово чини прелазну зону много ширем, појачавајући баријеру која спречава пролаз струје. У овом случају, диода је изолатор.

Примене Диоде су вишеструке. Међутим, најпопуларнија апликација је она која га користи као исправљач. Исправљач је систем способан да конвертује синусоидни наизменични улазни сигнал у други који има исти смисао, да би касније претворио наизменичну струју у једносмерну. Пре исправљања струје користи се трансформатор који смањује вредност напона.

Примери полупроводничких материјала

Према групи у којој су присутни у периодном систему, ово су неки примери полупроводничких елемената:

Група ИИИА: бор Б, алуминијум Ал, галијум Га, индијум Ин.

Групни ПДВ: Силицијум Си, Германиум Ге.

Група ВА: Фосфор П, Арсен Ас, Антимон Сб.

Група ВИА: Сумпор С, Селен Се, Телур Те.