Exempel på halvledarmaterial

Beroende på deras förmåga att leda elektrisk ström delas material in i tre kategorier: ledare, isolatorer och halvledare. De mest framträdande exemplen på ledare är metaller, såsom koppar Cu, aluminium Al och silver Ag; och av isolatorerna polymererna och glaset. Den tredje klassen kommer att diskuteras nedan: halvledare.

De elektriska egenskaperna hos halvledare är bland dem hos isolatorer och ledare.Silicon Si och Germanium Ge är välkända exempel på halvledare som ofta används vid tillverkning av en mängd olika elektroniska enheter.. De elektriska egenskaperna hos halvledare kan ändras i flera storleksordningar, vilket ger kontrollerade mängder främmande atomer till material.

Halvledare beter sig som isolatorer vid låga temperaturer, men om detta ökas beter sig de som ledare. Denna dualitet av konduktivitet beror på det faktum att valenselektronerna i materialet är löst bundna till sina respektive kärnor. atomär, men inte tillräckligt, så att temperaturökningen gör att de kan lämna atomen för att cirkulera genom atomgittret på material. Så fort en elektron lämnar en atom, lämnar den ett hål på sin plats som kan fyllas av en annan elektron som cirkulerade i gittret.

Detta är fallet med de tidigare nämnda kemiska grundämnena, Silicon Si och Germanium Ge, som har fyra valenselektroner på sin sista nivå. Det bör noteras att för att tillföra energi till halvledarmaterialet, förutom värmeöverföring, kan ljus appliceras.

För att bättre förstå beteendet hos halvledarmaterial kommer Theory of Bands att användas.

Bandteori

 Konceptet av Valencia-bandet, som är den ackumulerade energin som innehas av valenselektroner.

Dessutom hanterar denna teori definitionen av Conduction Band, som den energi tillsammans som elektroner måste dra ut från sina atomer. Elektronerna som finns i ledningsbandet kan cirkulera genom materialet om det finns en elektrisk spänning som driver dem mellan två punkter.

Utifrån de två banden kommer fallen Conductor, Insulator och Semiconductor att studeras för att ha ett perspektiv för de senare.

För en ledare är energin i Valencia-bandet större än den för elektronerna i ledningsbandet. På ett sådant sätt att banden överlappar varandra och många Valencia-elektroner placeras mycket lätt på ledningen, och därför med möjlighet att cirkulera i mitten.

För en isolator, å andra sidan, är energin i ledningsbandet mycket större än energin i Valencia-bandet. Här finns det ett gap mellan Valencia Band och Conduction Band, så att Valencias elektroner inte kan komma åt Conduction Bandet som kommer att vara tomt. Det är därför isolatorn inte leder. Endast vid höga temperaturer kan dessa material vara ledande.

När det gäller Semiconductors är Conduction Bandet fortfarande större än Valencia Band, men gapet mellan de två är betydligt mindre, så att med en energisk ökning hoppar Valencia-elektronerna till ledningsbandet och kan cirkulera genom mediet. När en elektron hoppar från Valencia-bandet till ledningsbandet, lämnar den ett ägg i Valencia-bandet som också anses vara en bärare av elektrisk ström.

I halvledare särskiljs två typer av elektriska strömbärare: negativt laddade elektroner och hål, positivt laddade.

Typer av halvledare 

Det finns två klasser av halvledare beroende på deras renhet. Halvledarmaterial i deras rena tillstånd kallas intrinsiska halvledare; och det finns Extrinsic Semiconductors, som är rena men förorenade med föroreningar i små proportioner, som en partikel på varje miljon.

Denna föroreningsprocess kallas doping, som i sin tur visar sig i två typer.

Den första typen av dopning är typ N, i vilken materialet är kontaminerat med valens 5 atomer, såsom Fosfor P, Arsenic As eller Antimony Sb. Genom att involvera den femte valenselektronen i strukturen av fyrvärda atomer, tvingas vandra genom halvledarmaterialet utan att hitta en stabil plats där Bli placerad. Uppsättningen av dessa felande elektroner kallas majoritetselektroner.

Den andra typen av dopning är typ P, i vilken halvledarmaterialet är förorenat med atomer med valens 3, såsom Boron B, Gallium Ga eller Indium In. Om denna atom förs in i materialet finns det ett hål dit en elektron ska gå. Hålet rör sig lätt genom materialets struktur, som om det vore en bärare av positiv laddning. I det här fallet är hålen Majority Carriers.

Halvledarapplikation: Diod

Dioden är en elektronisk komponent som består av föreningen av två yttre halvledarkristaller, en av typ N och den andra typ P. Genom att sammanfoga dem passerar en del av överskottet av N-typselektroner till P-typkristallen, och en del av P-typhålen passerar till N-typkristallen. En remsa som kallas Transition Zone skapas vid korsningen, som har ett elektriskt fält som beter sig som en barriär som motverkar passage av fler elektroner från zon N till zon P och av hål från zon P till zon N.

När en diod är ansluten till ett batteri uppstår två olika fall: Forward Bias och Reverse Bias.

I direkt polarisation är den positiva polen ansluten till kristall P och den negativa polen till kristall N. Detta gör övergångszonen mycket smalare, bryter barriären och tillåter fri passage av strömmen. I detta tillstånd är dioden ledande.

I omvänd polarisering ansluter den positiva polen till kristall N och den negativa polen till kristall P. Detta gör övergångszonen mycket bredare, vilket förstärker barriären som förhindrar passage av ström. I det här fallet är dioden isolator.

Tillämpningarna av dioden är flera. Den mest populära applikationen är dock den som använder den som en likriktare. En likriktare är ett system som kan omvandla en sinusformad växelsignal till en annan som har samma känsla, för att senare omvandla växelström till likström. Innan man likriktar strömmen används en transformator som minskar spänningsvärdet.

Exempel på halvledarmaterial

Av den grupp där de finns i det periodiska systemet är det här några exempel på halvledarelement:

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

Gruppmoms: Silicon Si, Germanium Ge.

Grupp VA: Fosfor P, Arsenik As, Antimon Sb.

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