Продавец ООО "М-ФОКУС" / Прямые поставки с завода по России развивает свой бизнес на Tiu.ru 12 лет.
Знак PRO означает, что продавец пользуется одним из платных пакетов услуг Tiu.ru с расширенными функциональными возможностями.
Сравнить возможности действующих пакетов
Начать продавать на Tiu.ru
Корзина
20 отзывов
СКИДКИ ДО 30 %   I   БЕСПЛАТНАЯ ДОСТАВКА ПО РОССИИ   IПодробнее
ПРЯМЫЕ ПОСТАВКИ ПО РОССИИ 24/7
+74952204622
8 800 777 800 5
8 800 777 800 5
Бесплатный звонок по России
+7 (495) 220 46 22
Отдел продаж
+7 (499) 700 50 79
Техническая поддержка

Что такое полупроводники?

Что такое полупроводники?

09.02.21

Полупроводники, такие как кремний (Si), с энергетическими зазорами только среднего размера, могут быть легко превращены в довольно хорошие проводники. Как читатель, возможно, помнит из курсов химии, кремний имеет валентность четыре, как углерод, германий и олово. Если элемент, такой как фосфор (P) или мышьяк (As), с валентностью 5, каким-то образом помещается в кристалл кремния, квантовая механика предсказывает, что он примет валентность остальной части кристалла, поэтому он только сделает 4 связывается с окружающими атомами Si. Это оставляет один лишний электрон во внешней оболочке, который не используется ни в каких связях и поэтому легко уносится.

Эти атомы P или As имеют энергетические уровни внутри запрещенной зоны Si. Небольшого количества случайной энергии, доступной при комнатной температуре, достаточно, чтобы отбросить некоторые из их дополнительных электронов в зону проводимости, где горизонтальное электрическое поле может заставить его перемещаться в любом месте. кристалл. Пока зона проводимости не заполнена на 100%, материал становится проводником.

Требуется всего около 0,0001% («одна часть на миллион») фосфора или мышьяка в Si, чтобы превратить достаточно хороший изолятор в достаточно хороший проводник. P или As являются «донорами» в «полупроводниках». Акт помещения небольшого количества донора в собственный полупроводник называется «легированием». Часто это делается путем нагревания чистого Si, контактирующего с некоторым материалом донора, примерно до 1000 ° C, и в этом случае донор диффундирует в основной кристалл.

Полупроводник, который был легирован так, чтобы электроны (отрицательные «носители заряда») могли проводить, называется материалом «N-типа». Первоначальный чистый материал был «I-типа» до того, как был легирован.

Бор (B) или алюминий (Al), имеющие основные валентности только 3, также могут диффундировать в Si, заставляя их «принимать» электрон из кристалла Si вместо того, чтобы отдавать его. Это также показано на рисунке. То , что осталось позади является отсутствие одного электрона в Si, и это называется «дыра» . Электрон в валентной зоне теперь может перемещаться в это отверстие в ответ на электрическое поле (от батареи и т. д.), Оставляя новое отверстие рядом со старым. Затем другой электрон может переместиться в новую дырку, снова создавая еще более новую дыру поблизости. Таким образом, не все валентные электроны должны двигаться одновременно, поэтому они могут свободно проводить там, где до легирования их не было. (Обратите внимание, однако, что электрон, который был принят B или Al, не может двигаться,поскольку поблизости нет повторяющейся кристаллической структуры B или Al). Для каждого электрона в ядре атома есть положительно заряженный протон, который не показан на рисунке. Таким образом, если электрон движется вправо, возникает положительный заряд, который действует так, как будто он движется влево. Протоны на самом деле не движутся, но для простоты предполагается, что движется положительно заряженная дырка, хотя на самом деле движутся только электроны (в противоположном направлении). Кремний, легированный таким образом, называется материалом P-типа.

Оглядываясь на мгновение на материал N-типа, донор оставляет на своем месте новое отверстие, которое не может двигаться. Движущийся электрон может упасть обратно в эту дыру, а затем временно «пойман», пока не получит достаточно случайной тепловой энергии, чтобы снова выпрыгнуть. Точно так же движущаяся дыра может упасть обратно в место приема и оказаться в ловушке, и для того, чтобы выбраться снова, не требуется большого изменения энергии. Эти факты важны для понимания различных взаимодействий со светом.

Нагрев полупроводника вызывает большую проводимость, потому что больше электронов может подниматься вверх и быть передано или принято. Однако есть обратный эффект, менее мощный. Тепло заставляет атомы перемещаться случайным образом, поэтому они больше не находятся в своих точных «периодических» положениях. Таким образом, правила квантовой механики не соблюдаются так хорошо, и носители заряда (электроны или дырки) не могут двигаться так легко (их «подвижность» меньше). Это называется «рассеянием» носителей.

В металлах достаточно носителей без нагрева, поэтому рассеяние вызывает уменьшение проводимости при повышении температуры. Вот почему сопротивление изменяется при включении лампочки. Оба явления - повышенное сопротивление металлов при нагревании и пониженное сопротивление полупроводников - используются в «датчиках», которые могут измерять температуру.