Пример полупроводничких материјала

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

Електрична својства полупроводника су међу својствима изолатора и проводника.Силицијум Си и Германијум Ге су добро познати примери полупроводника који се често користе у производњи различитих електронских уређаја.. Електрична својства полупроводника могу се мењати за неколико редова величине, додајући материјалима контролисану количину страних атома.

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

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

Да би се боље разумело понашање полупроводничких материјала, користиће се Теорија опсега.

Теорија опсега

 Концепт Појас Валенциа, који је акумулирана енергија коју поседују валентни електрони.

Поред тога, ова теорија обрађује дефиницију Проводни опсег, као енергија заједно коју електрони морају да повуку из својих атома. Електрони који се налазе у проводном појасу могу циркулирати кроз материјал ако постоји електрични напон који их покреће између две тачке.

На основу два опсега, проучават ће се случајеви проводника, изолатора и полупроводника како би се имала перспектива за потоње.

За проводника је енергија Валенционог опсега већа од енергије електрона проводног појаса. На тај начин што се опсези преклапају, а многи електрони Валенсије се врло лако постављају на Кондукцију, а самим тим и уз могућност циркулације у средини.

С друге стране, за изолатор је енергија водљивог опсега много већа од енергије Валенционог опсега. Овде постоји јаз између Валенционог опсега и проводног опсега, тако да електрони Валенсије не могу приступити проводном опсегу који ће бити празан. Због тога изолатор не спроводи. Само на високим температурама ови материјали могу бити проводљиви.

У случају полупроводника, проводни опсег је и даље већи од Валенционог опсега, али јаз између њих је знатно мањи, тако да са енергетским порастом електрони Валенсије скачу до проводног појаса и могу циркулирати кроз медијум. Када електрон скочи из Валенцијског опсега у проводни опсег, оставља јаје у Валенцијском опсегу које се такође сматра носачем електричне струје.

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

Врсте полупроводника 

Постоје две класе полупроводника према њиховој чистоћи. Полупроводнички материјали у свом чистом стању познати су као унутрашњи полупроводници; а ту су и Ектринсиц Семицондуцторс, који су чисти, али загађени нечистоћама у малим пропорцијама, попут једне честице на сваки милион.

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

Прва врста допинга је тип Н, у којима материјал је контаминиран са валентних 5 атома, као што су Фосфор П, Арсен Ас или Антимон Сб. Укључивањем петог валентног електрона у структуру четверовалентних атома, приморан је да лута кроз полупроводнички материјал, не проналазећи стабилно место где Бити постављен. Скуп ових погрешних електрона назива се Већина електрона.

Друга врста допинга је тип П., у којима полупроводнички материјал је контаминиран валентним атомима 3, као што су бор Б, Галлиум Га или Индиум Ин. Ако се овај атом уведе у материјал, остаје рупа у коју треба да иде електрон. Рупа се лако креће кроз структуру материјала, као да је носилац позитивног наелектрисања. У овом случају, рупе су већински носачи.

Примена полупроводника: Диода

Диода је електронска компонента која се састоји од споја два спољашња 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 звана Прелазна зона која има електрично поље које се понаша као баријера која се противи проласку више електрона из зоне Н у зону П и рупа из зоне П у зону Н.

Када је диода прикључена на батерију, јављају се два различита случаја: предња и обрнута.

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

У обрнутој поларизацији, позитивни пол се везује за кристал Н, а негативни пол за кристал П. Ово чини прелазну зону много широм, ојачавајући баријеру која спречава пролазак струје. У овом случају, диода је изолациона.

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

Примери полупроводничких материјала

По 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: Силицон Си, Германиум Ге.

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

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