Apa semikonduktor? Resistance of semiconductors

Apa bahan semikonduktor? Apa fitur-fitur kasebut? Apa fisika semikonduktor? Carane padha dibangun? Apa konduktivitas semikonduktor? Apa indikator fisik sing duwe?

Apa sing disebut semikonduktor?

Supaya ngrancang materi kristal sing ora nindakake listrik lan logam. Nanging isih indikator iki luwih apik tinimbang piranti insulator. Karakteristik kuwi amarga jumlah operator mobile. Yen kita dianggep umum, banjur ana lampiran kuat kanggo inti. Nanging nalika sapérangan atom, atur, antimoni, sing duwé elektron sing luwih akèh, dicantolaké ing konduktor, posisi iki bakal dikoreksi. Nalika indium digunakake, unsur kanthi muatan positif dijupuk. Kabeh sifat iki digunakake kanthi gedhe ing transistor - piranti khusus sing bisa nggedhekake, ngalangi utawa mlebu saiki ing siji arah. Yen kita nimbang unsur Tipe NPN, mula kita bisa nyathet peran amplifikasi sing signifikan, sing penting banget kanggo transmisi sinyal sing lemah.

Fitur konstruktif semikonduktor listrik

Konduktor duwe akeh elektron bebas. Insulator ora praktis duwe kabeh. Semikonduktor uga ngemot elektron free nomer, lan celah kanthi muatan positif, sing siap nampa partikel sing diluncurake. Lan paling penting - kabeh padha nindakake arus listrik. Tipe transistor NPN sing dianggep sadurungé ora dadi unsur semikonduktor tunggal sing bisa. Dadi, ana PNP-transistor, uga dioda.

Ngomong babagan sing paling cepet kasebut, kuwi unsur sing bisa ngirimake sinyal mung ing sawijining arah. Uga, dioda bisa ngowahi arus gantos dadi konstan. Apa mekanisme transformasi kuwi? Lan kenapa dheweke pindhah menyang arah? Gumantung ing ngendi saiki teka, elektron lan ngilangi bisa diverge utawa ketemu separo. Ing kasus sing pisanan, amergo mundhake jarak, pasokan panyengkuyung diganggu, lan mulane pangiriman operator tegangan negatif dileksanakake mung ing sak arah, yaiku, konduktivitas semikonduktor iku siji-sisi. Sawise kabeh, saiki mung bisa ditularake yen partikel konstituen cedhak. Lan iki mung bisa ditindakake nalika daya disedhiyakake saka siji. Jenis-jenis semikonduktor ana lan digunakake ing wektu iki.

Struktur zona

Kondhisi listrik lan optik konduktor amarga fakta yen nalika elektron ngisi tingkat energi, dipisahake saka negara sing bisa dilarang dening band sing dilarang. Apa fitur-fitur kasebut? Kasunyatane ora ana tingkat energi ing zona terlarang. Kanthi bantuan impurities lan cacat struktural, bisa diganti. Zona paling kapenuhan kasebut diarani band valensi. Banjur nderek diselesaikan, nanging kosong. Iki diarani band konduksi. Fisika semikonduktor iku topik sing rada menarik, lan ing kerangka artikel kasebut bakal ditutupi kanthi apik.

Negara elektron

Kanggo iki, konsep kayata nomer band sing diidinake lan quasimomentum sing digunakake. Struktur pisanan ditemtokake dening hukum dispersi. Dheweke ngomong yen kuwatir energi ing quasimomentum duweni pengaruh. Dadi, yen band valensi wis rampung ngisi elektron (sing ngasilake semikonduktor), banjur ngandhakake yen ora ana excitations dhasar. Yen sakperangan alesan ora ana partikel, tegese ana quasiparticle sing positif sing dikirim - pass utawa bolongan. Iki arupa maskapai pamisah ing semikonduktor ing band valensi.

Degenerate zona

Band valensi ing konduktor khas cacah enem cacat. Iki tanpa njupuk interaksi spin-orbit lan mung nalika quasimomentum dadi nol. Bisa dipérang miturut kawontenan sing padha menyang zona ganda sing dobel lan quadruply. Jarak energi antara kasebut disebut energi pisah orbit spin.

Impurities lan cacat ing semikonduktor

Padha bisa dadi elektrik ora aktif utawa aktif. Panggunaan mantan bisa ngasilake biaya plus utawa minus ing semikonduktor, sing bisa menehi ganti rugi kanthi katon bolongan ing band valensi utawa elektron ing zona sing dilakoni. Kekotoran ora aktif sing netral, lan ora duweni pangaruh cilik ing situs elektronik. Lan asring bisa mbedakake apa sing nduweni valensi ing atom sing entuk pindahan, lan struktur kisi kristal.

Gumantung ing jinis lan jumlah impurities, rasio antarane nomer bolongan lan elektron bisa beda-beda. Mulane, bahan semikonduktor kudu tansah dipilih supaya bisa ngasilake asil sing dikarepake. Iki diwiwiti kanthi jumlah pangétangan sing signifikan, lan eksperimen sabanjuré. Partikel, sing paling nyebutake maskapai pangisian daya utama, non-dhasar.

Dosis introduksi saka impurities menyang semikonduktor ndadekake bisa diwenehi piranti karo sifat sing dibutuhake. Cacah ing semikonduktor bisa uga ana ing negara electrical aktif utawa aktif. Penting dislokasi, atom interstisial lan kekosongan. Konduktor cair lan non-kristal nanggapi beda karo impurities tinimbang kristal konduktor. Ketiadaan struktur sing kaku pungkasane nyebabake kasunyatan yen atom teralih ditampa liyane valensi. Iku bakal beda karo siji sing wiwitane jenuhake koneksi. Atom dadi ora éntuk kanggo menehi utawa masang elektron. Ing kasus iki, dadi ora aktif, lan mulane semikonduktor impurity duwe kesempatan gedhe kanggo gagal. Iki nyebabake kasunyatan sing ora bisa ngganti jinis konduktivitas kanthi doping lan nggawe, umpamane, persimpangan pn.

Sawetara semikonduktor amorf bisa ngowahi sipat elektronik miturut pengaruh doping. Nanging iki kanggo wong sing luwih dhuwur tinimbang kanggo kristal. Sensitivitas saka unsur amorf kanggo alloying bisa ditingkatake kanthi proses. Ing pungkasan aku pengin diwenehi tandha manawa amarga semikonduktor kerja keras lan dawa isih diwakili dening sawetara asil karo karakteristik sing apik.

Statistik elektron ing semikonduktor

Nalika ana kesetimbangan termodinamika, jumlah bolongan lan elektron mung ditemtokake dening temperatur, paramèter saka struktur band lan konsentrasi impurities listrik sing aktif. Nalika rasio dihitung, dianggep bagean partikel bakal ana ing konduksi (ing tingkat akseptor utawa donor). Uga nyakup kasunyatan manawa bagean bisa ninggalake wilayah valentine, lan ana kesenjangan.

Konduktivitas Listrik

Ing semikonduktor, ing saliyane elektron, ion bisa minangka biaya operator. Nanging konduktifitas listrik bisa diaba-mateni ing pirang-pirang kasus. Minangka pangecualian, mung superconductors ion bisa diarani. Ing semikonduktor ana telung mekanisme utama transfer elektronik:

1. Zona zona utama. Ing kasus iki, elektron bakal mlebu amarga owah-owahan energi kasebut ing siji area sing diijini.
2. Mundhut transfer liwat negara lokal.
3. Polaronic.

Exciton

A bolongan lan elektron bisa mbentuk negara kaiket. Iki diarani Wannier-Mott exciton. Ing kasus iki, energi foton, sing cocog karo pinggiran nyerep, mundhut kanthi ukuran beyo. Kanthi intensitas cahya sing cukup, jumlah exciton bisa mbentuk ing semikonduktor. Minangka konsentrasi mundhak, kondensasi lumangsung, lan cairan elektron-bolongan dibentuk.

Lumahing semikonduktor

Tembung kasebut nudhuhake pirang-pirang lapisan atom sing dumunung ing cedhak wates piranti kasebut. Properti lumahing beda saka gedhe-gedhe. Ing ngarsane lapisan kasebut disrupts simetri translasi saka kristal. Iki ndadékaké kanggo negara-negara permukaan sing disebut lan polariton. Ngembangaken topik sing terakhir, kita kudu uga ngandhani babagan spin lan ombak getar. Amarga aktifitas kimia, permukaan diselimuti dening mikroskopik lapisan molekul utawa atom manca sing wis adsorbed saka lingkungan. Padha nemtokake sifat-sifat sing akeh lapisan atom kasebut. Murni, panyiptan teknologi vakum ultrahigh, ing ngendi unsur semikonduktor digawé, ngidini kita kanggo njupuk lan njaga permukaan sing resik sajrone saperangan jam, sing nduweni pengaruh positif marang kualitas produk.

Semikonduktor. Temperatur nyedhaki resistance

Nalika suhu logam mundhak, mangkono uga perlawanane. Kanthi semikonduktor sing sebaliknya bener - miturut kondisi sing padha parameter iki bakal ngurangi. Titik ing kene yaiku konduktifitas listrik saka materi apa wae (lan karakteristik iki proporsional banget marang resistance) gumantung marang pangayoman saka operator saiki, kacepetan gerakan ing medan listrik lan nomer ing sawijining unit volume materi.

Ing unsur semikonduktor, minangka suhu mundhak, konsentrasi partikel mundhak, amarga, konduktivitas termal mundhak, lan resistance mudhun. Sampeyan bisa mriksa iki yen sampeyan duwe set prasaja fisika enom lan materi sing penting - silikon utawa germanium, sampeyan uga bisa njupuk semikonduktor digawe saka wong-wong mau. Tambah suhu bakal ngurangi resistance. Kanggo mesthekake, sampeyan kudu nggawe piranti ukur sing bakal ngidini sampeyan ndeleng kabeh owah-owahan. Iki ana ing kasus umum. Ayo katon ing sawetara opsi tartamtu.

Resistance lan ionisasi elektrostatik

Iki amarga tunneling elektron ngliwati watesan sing sempit, sing nyedhiyakake babagan 100 mikrometer. Dumunung ing antarane zona zona energi. Penampilan kasebut mung bisa ditrapake nalika pita energi diiringake, sing mung ana ing sangisoré pengaruh medan listrik sing kuwat. Nalika tunneling dumadi (sing minangka efek kuantum-mekanik), elektron ngliwati watesan potensial sing cetha, lan energi ora owah. Iki nambahake konsentrasi saka operator biaya, loro ing konduktivitas lan band valence. Yen kita ngembangake proses ionisasi elektrostatik, banjur bisa ngalami pemecahan terowongan semikonduktor. Sajrone proses iki, perlawanan saka semikonduktor bakal berubah. Sampeyan bisa balik, lan sawisé medan listrik dipateni, kabeh proses bakal dibalèkaké.

Resistance and impact ionization

Ing kasus iki, lubang-lubang lan elektron bisa dipercaya anggere jalur bebas tegese ana ing pangaruh saka medan listrik sing kuwat tekan nilai-nilai sing nyumbang marang ionisasi atom lan pecah siji saka ikatan kovalen (atom utama utawa kotor). Pengetesan kejut ana ing salju kaya, lan operator sing dilebur mili akeh banget ing longsor. Ing kasus iki, bolongan lan elektron sing luwih anyar digawe cepet kanthi arus listrik. Nilai saiki ing asil final wis dikalikan dening koefisien ionisasi efek, sing padha karo nomer pasangan elektron-lubang, sing dibentuk dening operator biaya ing siji jalur. Pangembangan proses iki pungkasane ndadékaké pamborosake avalanche semikonduktor. Resistance of semiconductors uga beda-beda, nanging, kaya kasus breakdown terowongan, bisa dibalik.

Aplikasi semikonduktor ing laku

Pentinge unsur kasebut kudu dicathet ing teknologi komputer. Kita ora bisa mangu-mangu yen sampeyan ora bakal kepengin sinau apa semikonduktor, yen ora kanggo kepinginan kanggo nyusun obyek sacara bebas kanthi nggunakake. Ora mungkin mbayangno karya kulkas modern, televisi, monitor komputer tanpa semikonduktor. Ora tanpa wong lan pangembangan mobil sing maju. Iki uga digunakake ing rékayasa aerospace. Apa sampeyan ngerti semikonduktor, kepiye carane pentinge? Mesthi, kita ora bisa ngomong yen iki mung unsur sing ora bisa digoleki kanggo peradaban kita, nanging dheweke ora kudu underestimated.

Penggunaan semikonduktor ing praktik uga amarga sawetara faktor, ing antarané prevalensi materi sing digawé, lan gampang ngolah lan ngasilake asil sing dikarepake, lan fitur-fitur teknis liyane sing wis milih para ilmuwan sing wis ngembangake teknologi elektronik.

Kesimpulan

Kita mirsani apa semikonduktor, cara kerja. Resistance kasebut didhasarake ing proses fisika kimia kompleks. Lan kita bisa nyritakake yen bukti sing diterangake ing artikel iki ora ngerti apa semikonduktor, amarga alesan prasaja yen ilmu pengetahuan durung sinau babagan spesifik karya-karya sing pungkasan. Nanging kita ngerti sifat dhasar lan ciri-ciri, sing ngidini kita digunakake ing praktik. Mulane, sampeyan bisa nggolek bahan semikonduktor lan coba eksperimen karo dhewe, sing ati-ati. Sapa sing ngerti, mungkin panaliti sing gedhe wis slumbering sampeyan ?!