Mi az a félvezető

Az elektromos vezetők mellett sok olyan anyag van a természetben, amelyek elektromos vezetőképessége lényegesen alacsonyabb, mint a fémvezetőké. Az ilyen típusú anyagokat félvezetőknek nevezzük.

A félvezetők közé tartoznak: bizonyos kémiai elemek, például szelén, szilícium és germánium, kénvegyületek, például tallium-szulfid, kadmium-szulfid, ezüst-szulfid, karbidok, például karborund, szén (gyémánt), bór, ón, foszfor, antimon, arzén, tellúr, jód , és számos olyan vegyület, amely a Mengyelejev-rendszer 4-7 csoportjának legalább egy elemét tartalmazza. Vannak szerves félvezetők is.

A félvezető elektromos vezetőképességének jellege a félvezető alapanyagában lévő szennyeződések típusától és az alkotóelemek gyártási technológiájától függ.

Félvezető — anyag elektromos vezetőképesség 10-10 — 104 (ohm x cm)-1, amely ezen tulajdonságok alapján helyezkedik el a vezető és a szigetelő között.A vezetők, félvezetők és szigetelők közötti különbség a sávelmélet szerint a következő: a tiszta félvezetőkben és az elektronikus szigetelőkben tiltott energiasáv van a töltött (valencia) sáv és a vezetési sáv között.

Miért vezetnek áramot a félvezetők?

Egy félvezető akkor rendelkezik elektronikus vezetőképességgel, ha a szennyező atomjaiban lévő külső elektronok viszonylag gyengén kötődnek az atommagokhoz. Ha az ilyen típusú félvezetőben elektromos mező jön létre, akkor ennek a mezőnek az erőinek hatására a félvezető szennyező atomjainak külső elektronjai elhagyják atomjaik határait és szabad elektronokká válnak.

A szabad elektronok elektromos vezetési áramot hoznak létre a félvezetőben az elektromos térerők hatására. Ezért az elektromosan vezető félvezetőkben az elektromos áram természete ugyanaz, mint a fémes vezetőkben. De mivel a félvezető egységnyi térfogatában sokszor kevesebb szabad elektron van, mint a fémes vezetőben, természetes, hogy minden más körülmény fennállása mellett a félvezetőben az áram sokszorosan kisebb lesz, mint a fémben. karmester.

A félvezetőnek akkor van "lyuk" vezetőképessége, ha szennyeződésének atomjai nemcsak hogy nem adják fel külső elektronjaikat, hanem éppen ellenkezőleg, hajlamosak befogni a félvezető fő anyagának atomjainak elektronjait. Ha egy szennyező atom elvesz egy elektront a fő anyag atomjától, akkor az utóbbiban egyfajta szabad tér keletkezik az elektron számára - egy "lyuk".

Az elektront vesztett félvezető atomot "elektronlyuknak" vagy egyszerűen "lyuknak" nevezik.Ha a "lyukat" egy szomszédos atomból átvitt elektron tölti ki, akkor az megszűnik, és az atom elektromosan semleges lesz, és a "lyuk" a szomszédos atomhoz kerül, amely elvesztette az elektront. Ezért, ha elektromos teret alkalmazunk egy „lyuk” vezetésű félvezetőre, az „elektronlyukak” ennek a mezőnek az irányába fognak elmozdulni.

Az „elektronlyukak” torzítása az elektromos tér hatásának irányában hasonló a pozitív elektromos töltések térben történő mozgásához, ezért a félvezetőben lévő elektromos áram jelensége.

A félvezetőket nem lehet szigorúan megkülönböztetni elektromos vezetőképességük mechanizmusa szerint, mert a "lyuk" vezetőképességgel együtt ennek a félvezetőnek lehet valamilyen fokú elektronikus vezetőképessége.

A félvezetőket a következők jellemzik:

• vezetőképesség típusa (elektronikus - n-típusú, lyuk -p -típus);

• ellenállás;

• töltéshordozó élettartam (kisebbségi) vagy diffúziós hossz, felületi rekombinációs sebesség;

• diszlokáció sűrűsége.

Lásd még: A félvezetők áram-feszültség jellemzői A szilícium a leggyakoribb félvezető anyag

A hőmérsékletnek vannak olyan lényei, amelyek befolyásolják a félvezetők jellemzőit. Ennek növekedése elsősorban az ellenállás csökkenéséhez vezet és fordítva, i.e. a félvezetőket negatív jelenléte jellemzi hőmérsékleti ellenállási együttható… Az abszolút nulla közelében a félvezető szigetelővé válik.

Sok eszköz félvezető alapú. A legtöbb esetben ezeket egykristályok formájában kell beszerezni.A kívánt tulajdonságok elérése érdekében a félvezetőket különféle szennyeződésekkel adalékolják. A kiindulási félvezető anyagok tisztaságára fokozott követelmények vonatkoznak.

Félvezető eszközök

Félvezető hőkezelés

Félvezető hőkezelése — a félvezető adott program szerinti fűtése és hűtése az elektrofizikai tulajdonságainak megváltoztatása érdekében.

Változások: kristálymódosulás, diszlokációs sűrűség, üres helyek vagy szerkezeti hibák koncentrációja, vezetőképesség típusa, koncentráció, mobilitás és a töltéshordozók élettartama. Az utolsó négy ráadásul összefüggésbe hozható a szennyeződések és szerkezeti hibák kölcsönhatásával vagy a szennyeződések diffúziójával a kristályok nagy részében.

A germánium minták 550 °C feletti hőmérsékletre történő melegítése, majd gyors lehűtés azt eredményezi, hogy a hőmérséklet minél magasabb koncentrációban jelennek meg a termikus akceptorok. Az ugyanazon a hőmérsékleten végzett további izzítás visszaállítja a kezdeti ellenállást.

A jelenség valószínű mechanizmusa a réz feloldódása a felszínről kidiffundáló vagy korábban diszlokációkra rakódott germániumrácsban. A lassú izzítás hatására réz rakódik le a szerkezeti hibákon, és kilép a rácsból. A gyors lehűlés során új szerkezeti hibák megjelenése is lehetséges. Mindkét mechanizmus csökkentheti az élettartamot, amit kísérletileg megállapítottak.

A szilíciumban 350-500 °C hőmérsékleten a termikus donorok képződése annál nagyobb koncentrációban megy végbe, minél több oxigén oldódik fel a szilíciumban a kristálynövekedés során. Magasabb hőmérsékleten a hőadók elpusztulnak.

A 700-1300°-os hőmérsékleti tartományba eső hevítés jelentősen csökkenti a kisebbségi töltéshordozók élettartamát (>1000°-on a döntő szerepet a szennyeződések felületről való diffúziója játssza). A szilícium 1000-1300 °C-on történő hevítése befolyásolja a fény optikai abszorpcióját és szóródását.

Félvezetők alkalmazása

A modern technológiákban a félvezetők találták a legszélesebb körű alkalmazást; nagyon erős hatást gyakoroltak a technológiai fejlődésre. Ezeknek köszönhetően jelentősen csökkenthető az elektronikus eszközök súlya és méretei. Az elektronika minden területének fejlődése sokféle, félvezető eszközökön alapuló berendezés létrehozásához és fejlesztéséhez vezet. A félvezető eszközök a mikrocellák, mikromodulok, kemény áramkörök stb. alapjául szolgálnak.

A félvezető eszközökön alapuló elektronikus eszközök gyakorlatilag tehetetlenek. Egy gondosan felépített és jól tömített félvezető eszköz akár több tízezer órát is kibír. Egyes félvezető anyagok azonban kis hőmérséklethatárral rendelkeznek (például germánium), de nem túl nehéz hőmérséklet-kompenzáció vagy a készülék alapanyagának cseréje mással (pl. szilícium, szilícium-karbid) nagyrészt kiküszöböli ezt a hátrányt. A félvezető eszközök gyártási technológiája a még meglévő paraméterek szórásának és instabilitásának csökkenését eredményezi.

Félvezetők az elektronikában

A félvezetőben létrejövő félvezető-fém érintkező és elektron-lyuk átmenet (n-p junction) a félvezető diódák gyártása során használatos.Kettős csomópontok (p-n-p vagy n-R-n) - tranzisztorok és tirisztorok. Ezeket az eszközöket elsősorban elektromos jelek egyenirányítására, generálására és erősítésére használják.

A félvezetők fotoelektromos tulajdonságait fotoellenállások, fotodiódák és fototranzisztorok készítésére használják. A félvezető a rezgések oszcillátorainak (erősítőinek) aktív részeként szolgál félvezető lézerek… Amikor egy elektromos áram halad át a pn átmeneten előrefelé, a töltéshordozók – elektronok és lyukak – újra egyesülnek a fotonok kibocsátásával, amelyet LED-ek létrehozására használnak.

LED-ek

A félvezetők termoelektromos tulajdonságai lehetővé tették félvezető termoelektromos ellenállások, félvezető hőelemek, hőelemek és termoelektromos generátorok létrehozását, valamint a félvezetők Peltier-effektuson alapuló termoelektromos hűtését, — termoelektromos hűtők és hőstabilizátorok.

A félvezetőket elektromos hő- és napenergia-átalakítókban használják – termoelektromos generátorokban és fotoelektromos konverterekben (napelemekben).

A félvezetőre ható mechanikai igénybevétel megváltoztatja az elektromos ellenállását (a hatás erősebb, mint a fémeknél), ez a félvezető nyúlásmérő alapja.

A félvezető eszközök széles körben elterjedtek a világgyakorlatban, forradalmasítva az elektronikát, alapul szolgálnak a következők fejlesztéséhez és gyártásához:

• mérőberendezések, számítógépek,

• berendezések minden típusú kommunikációhoz és szállításhoz,

• ipari folyamatok automatizálásához,

• kutatási eszközök,

• rakéta,

• orvosi felszerelés

• egyéb elektronikus eszközök és eszközök.

A félvezető eszközök használata lehetővé teszi új berendezések létrehozását és a régi javítását, ami azt jelenti, hogy csökkenti annak méretét, súlyát, energiafogyasztását, és ezáltal csökkenti a hőtermelést az áramkörben, növeli az erőt, azonnali cselekvési készséget, lehetővé teszi az elektronikus eszközök élettartamának és megbízhatóságának növelését.