Exempel på halvledarmaterial

Enligt deras förmåga att leda elektrisk ström delas material in i tre kategorier: Ledare, Isolatorer och Halvledare. Det mest framträdande exemplet på ledare är metaller, såsom koppar Cu, aluminium Al och silver Ag; och av isolatorerna polymerer och glaset. Den tredje klassen kommer att diskuteras nästa: halvledare.

Halvledarnas elektriska egenskaper är bland isolatorernas och ledarnas egenskaper.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 med flera storleksordningar, vilket ger kontrollerade mängder främmande atomer till materialen.

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

Detta är fallet med de tidigare nämnda kemiska elementen, 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-band, som är den ackumulerade energin som valenselektroner har.

Dessutom hanterar denna teori definitionen av Ledningsband, som energin tillsammans som elektroner måste dra sig ur sina atomer. Elektronerna i ledningsbandet kan cirkulera genom materialet om det finns en elektrisk spänning som driver dem mellan två punkter.

Baserat på de två banden kommer fallen av Conductor, Isolator och Semiconductor att studeras för att ha ett perspektiv för den senare.

För en ledare är Valencia-bandets energi större än för konduktionsbandets elektroner. På ett sådant sätt att banden överlappar varandra och många Valencia-elektroner placeras mycket enkelt på ledningen och därför med möjlighet att cirkulera i mitten.

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

När det gäller halvledare är ledningsbandet fortfarande större än Valencia-bandet, men klyftan 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 det 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 enligt deras renhet. Halvledarmaterial i rent tillstånd är kända som inneboende halvledare; och det finns yttre halvledare, som är rena men förorenade med orenheter i små proportioner, som en partikel i varje miljon.

Denna föroreningsprocess kallas dopning, vilket i sin tur manifesterar sig i två typer.

Den första typen av dopning är typ N, i vilken materialet är förorenat med valens 5 atomer, såsom fosfor P, Arsenik As eller Antimon Sb. Genom att involvera den femte valenselektronen i strukturen av tetravalenta atomer, tvingas vandra genom halvledarmaterialet utan att hitta en stabil plats där Bli placerad. Uppsättningen av dessa felaktiga elektroner kallas majoritetselektroner.

Den andra typen av dopning är typ P, i vilken halvledarmaterialet är förorenat med valensatomer 3, såsom Bor B, Gallium Ga eller Indium In. Om denna atom införs i materialet förblir ett hål där en elektron ska gå. Hålet rör sig lätt genom materialets struktur, som om det vore en bärare med positiv laddning. I det här fallet är hålen Majoritetsbärare.

Halvledartillämpning: Diod

Dioden är en elektronisk komponent som består av föreningen av två yttre halvledarkristaller, en av typen N och den andra typen P. Genom att förena dem passerar en del av överskottet av N-typ elektroner till P-kristallen och en del av P-hålen passerar till N-typen kristall. En remsa som heter Transition Zone skapas vid korsningen, som har ett elektriskt fält som beter sig som en barriär som motsätter sig 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: Framåtförspänning och omvänd förspänning.

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

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

Diodens tillämpningar 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 växlande ingångssignal till en annan som har samma avkänning, för att senare konvertera växelström till likström. Innan du korrigerar strömmen används en transformator som minskar spänningsvärdet.

Exempel på halvledarmaterial

Av gruppen i vilken de finns i det periodiska systemet är dessa 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.