Що таке напівпровіднікі? Опір напівпровідників
Чим є напівпровідніковій материал? Які у него Особливості? Яка фізика Напівпровідників? Як смороду побудовані? Що таке провідність Напівпровідників? Якими фізічнімі Показники смороду ма ють?
Що назівають напівпровіднікамі?
Так позначають Кристалічні матеріали, Які не проводять електрик настолько добро, як це роблять метали. Альо все ж цею Показник краще, чем ма ють ізоляторі. Такі характеристики обумовлені кількістю рухлівіх носіїв. Если розглядаті в загально, то тут існує міцна приверженность до ядер. Альо при введенні в провідник кількох атомів, пріпустімо, сурми, яка має надлишок електронів, це положення буде віправлятіся. При вікорістанні індію отримуються елементи з позитивним зарядом. Всі ЦІ Властивості широко застосовуються в транзисторах - спеціальніх прилаштувати, Які могут посілюваті, блокуваті або пропускаті струм только в одному напрямку. Если розглядаті елемент NPN-типу, то можна відзначіті значний посілює роль, что особливо буває важлівім при передачі Слабкий сігналів.
Конструктівні Особливості, Якими володіють електричної напівпровіднікі
Провідники ма ють много вільніх електронів. Ізоляторі ними Взагалі практично НЕ ма ють. Напівпровіднікі ж містять и Певної Кількість вільніх електронів, и пропуски з позитивним зарядом, Які Готові Прийняти звільніліся Частки. І що Архів НАЙГОЛОВНІШЕ - смороду все проводять електричний струм. Розглянуто Ранее тип NPN-транзистора - НЕ єдина можливий напівпровідніковій елемент. Так, існують ще PNP-транзистори, а такоже діоді.
Если Говорити про Останній коротко, то це такий елемент, что может передаваті сигналі только в одному напрямку. Такоже діод может превратить змінний струм в Постійний. Який Механізм такого превращение? І чому ВІН рухається только в одному напрямку? Залежних від того, звідки уходит струм, Електрон и пропуски могут або розходітіся, або йти назустріч. У Першому случає через Збільшення відстані відбувається переривані подачі постачання, тому и здійснюється передача носіїв негативного напруги только в одну сторону, тобто провідність Напівпровідників є односторонньою. Аджея струм может передаватіся Виключно в разі, если СКЛАДОВІ частинка знаходяться поруч. А це можливо только при подачі Струму з одного боку. Ось такі типи Напівпровідників існують и Використовують на Сейчас.
зонна структура
Електричні и оптичні Властивості провідніків пов`язані з тім, что при заповненні Електрон рівнів ЕНЕРГІЇ смороду відокремлені від можливости станів Заборонений зоною. Які у неї Особливості? Справа в тому, что в забороненій зоне відсутні Рівні ЕНЕРГІЇ. С помощью домішок и дефектів Структури це можна Изменить. Вища Повністю Заповнена зона назівається валентності. Потім слід дозволена, но порожня. Вона назівається зоною провідності. Фізика Напівпровідників - й достатньо цікава тема, и в рамках статті вона буде добре освітлена.
стан електронів
Відео: Вплив температури на Опір напівпровідніка
Для цього Використовують Такі Поняття, як номер дозволеної зони и квазіімпульс. Структура Першої візначається законом дісперсії. ВІН говорити про ті, что на неї впліває залежність ЕНЕРГІЇ від квазіімпульса. Так, если валентна зона є Цілком заповнений Електрон (Які переносячи заряд в напівпровідніках), то говорять, что в ній відсутні елементарні збудження. Если з якоїсь причини Частки немає, то це означає, що тут з`явилася позитивно заряджена квазічастінка - пропуск або діра. Смороду є носіями заряду в напівпровідніках в валентної зоне.
віроджені зони
Валентна зона в типовому провідніку є до крімінальної відповідальності Шість вироджених. Це без урахування спін-орбітальної взаємодії та только коли квазіімпульс дорівнює нулю. Вона может розщеплюватіся при цьом ж умови на дворазово и в Чотири рази віроджені зони. Енергетичне відстань между ними назівається енергією спін-орбітальної розщеплення.
Домішки та дефекти в напівпровідніках
Смороду могут буті електрично неактивними або активно. Використання дерло дозволяє отрімуваті в напівпровідніках плюсовій або мінусовій заряд, Який может буті компенсованій з`явилися діркі у валентній зоне або електрона в проведеної зоне. Неактівні домішки є нейтральними, и смороду відносно Слабко вплівають на електронні Властивості. Причем часто может мати значення ті, якові валентність ма ють атоми, Які беруть участь в процесі передачі заряду, и будова крісталічної решітки.
Залежних від виду и кількості домішок может змінюватіся и співвідношення между кількістю дірок и електронів. Тому матеріали Напівпровідників повінні всегда ретельно підбіратіся, щоб отріматі Бажанов результат. Цьом передує значний Кількість розрахунків, а в подалі и експеріментів. Частинку, Які більшість назівають Основними носіями заряду, є неосновними.
Дозоване Введення домішок в напівпровіднікі дозволяє отрімуваті Пристрої з необхіднімі властівостямі. Дефекти в напівпровідніках такоже могут буті в неактивному або активному ЕЛЕКТРИЧНА стані. Важлівімі тут є Дислокація, межузельний атом и вакансія. Рідкі и некрісталічні провідники реагують на домішки по-ІНШОМУ, чем Кристалічні. ВІДСУТНІСТЬ жорсткої структури в кінцевому підсумку вілівається в ті, что переміщеній атом отрімує іншу валентність. Вона буде відрізнятіся від тієї, З якою ВІН спочатку насічує свои зв`язки. Атому становится невігідно віддаваті або прієднуваті електрон. У такому випадка ВІН становится неактивних, и тому домішкові напівпровіднікі ма ють Великі шанси на вихід з ладу. Це виробляти до того, что нельзя змінюваті тип провідності с помощью легування и создать, например, р-n-Перехід.
Деякі аморфні напівпровіднікі могут змінюваті свои електронні Властивості під Вплив легування. Альо це відносіться до них в значний менше Ступені, чем до крісталічнім. Чутлівість аморфних елементів до легування можна підвіщіті с помощью технологічної ОБРОБКИ. В кінцевому підсумку хочеться відзначіті, что Завдяк трівалій и наполеглівій работе домішкові напівпровіднікі все ж представлені цілим рядом результатів з хорошими характеристиками.
Статистика електронів в напівпровідніку
коли існує термодінамічна рівновага, то Кількість дірок и електронів візначається Виключно температурою, параметрами зонної Структури та концентрацією електрично активних домішок. Коли розраховується співвідношення, то вважається, что частина частінок буде знаходітіся в зоне провідності (на акцепторном або донорних Рівні). Такоже береться до уваги тієї факт, что частина может піті з валентної территории, и там утворюються пропуски.
Відео: Залежність опору напівпровідніка від освітленості. навчальний фільм
електропровідність
У напівпровідніках, кроме електронів, в якості носіїв зарядів могут віступіті и іоні. Альо їх електропровідність в більшості віпадків зневажліво мала. Як віняток можна привести только іонні суперпровідніка. У напівпровідніках Діє три головні механізму електронного переносу:
- Основний зонній. У цьом випадка електрон начинает рухатіся Завдяк зміні его ЕНЕРГІЇ в межах однієї дозволеної территории.
- Стрібкові перенесення по локалізованім станам.
- Полярон.
Ексітон
Діра и електрон могут утворюваті зв`язаний стан. Воно назівається ексітоном Ваньє-Мотта. при цьом енергія фотона, яка відповідає краю поглінання, зніжується на розмір величини зв`язку. при достатній інтенсівності світла в напівпровідніках может утворітіся значний Кількість ексітонів. При збільшенні їх концентрації відбувається конденсація, и утворюється електронно-діркова рідина.
Поверхня напівпровідніка
Такими словами позначають кілька атомних шарів, что розташовані біля кордону пристрою. Поверхневі Властивості відрізняються від об`ємніх. Наявність Даних шарів порушує трансляційну сіметрію кристала. Це виробляти до так мав звання поверхнево станам и поляритону. Розвиваючий тему останніх, слід ще повідоміті и про спінові и колівальні Хвилі. Через свою хімічної актівності поверхню ховається мікроскопічна кулею сторонніх молекул або атомів, Які були адсорбовані з навколишнього середовища. Вони-то и визначаються Властивості тих кількох атомних шарів. На щастя, создание технології надвісокого вакууму, при якому створюються напівпровіднікові елементи, дозволяє отріматі и Зберегти в течение декількох годин чистої поверхні, что позитивно позначається на якості отрімуваної продукції.
Напівпровіднік. Температура впліває на Опір
Коли температура металів растет, то растет и їх Опір. З напівпровіднікамі все навпаки - при таких же условиях цею параметр у них зменшено. Справа тут в тому, что електропровідність у будь-которого матеріалу (а дана характеристика оберніть пропорційна опору) Залежить від того, Який заряд Струму ма ють носії, від швідкості їх пересування в електричних полі и від їх чісельності в одній одиниці об`єму матеріалу.
У напівпровідніковіх елементах при зростанні температури растет концентрація частінок, Завдяк цьом збільшується теплопровідність, и зменшується Опір. Перевіріті це можна при наявності нехитрого набору юного фізика и необхідного матеріалу - кремнію або германію, такоже можна взяти и зроблений з них напівпровіднік. Підвищення температури знизу їх Опір. Щоб упевнити в цьом, та патенти, запастися вімірювальнімі приладами, Які дозволяти Побачити всі Зміни. Це в загально випадка. Давайте розглянемо пару приватних варіантів.
Опір и електростатічна іонізація
Це пов`язано з туннелированием електронів, что проходять через очень вузький бар`єр, Який поставляє примерно одну соту мікрометра. Знаходиться ВІН между краями енергетичних зон. Его з`явилися можливо только при нахілі енергетичних зон, Який відбувається только під Вплив сильного електричного поля. Коли відбувається тунелювання (что представляет собою квантовомеханічній ефект), то Електрон проходять через вузький потенційній бар`єр, и при цьом НЕ змінюється їх енергія. Це Тягном за собою Збільшення концентрації носіїв заряду, причому в обох зонах: і провідності, и валентної. Если розвіваті процес електростатічного іонізації, то может вінікнуті тунельний пробій напівпровідніка. Во время цього процесса змініться Опір Напівпровідників. Воно є оборотними, и як только буде вимкнено електрічної поле, то всі процеси відновляться.
Опір и ударна іонізація
У даного випадка діркі и Електрон пріскорюються, поки проходять довжина вільного пробігу під Вплив сильного електричного поля до значень, Які спріяють іонізації атомів и розріву однієї з ковалентних зв`язків (основного атома або домішки). Ударна іонізація відбувається лавіноподібно, и в ній лавіноподібно розмножуються носії заряду. При цьом Щойно створені дірі и Електрон пріскорюються електрична Струм. Значення Струму в кінцевому результате множитися на коефіцієнт ударної іонізації, Який дорівнює числу електронно-доручення пар, что утворюються носієм заряду на одному відрізку шляху. Розвиток даного процесса в кінцевому підсумку виробляти до лавинному пробою напівпровідніка. Опір Напівпровідників такоже змінюється, но, як и в випадка з тунельного пробоєм, оборотно.
! Застосування Напівпровідників на практике
Особливе важлівість ціх елементів слід відзначіті в комп`ютерних технологіях. Майже НЕ сумніваємося, что вас бі НЕ цікавів питання про ті, що таке напівпровіднікі, Якби НЕ бажання самостійно зібраті предмет з їх Використання. Неможливо уявіті роботу СУЧАСНИХ холодильників, телевізорів, комп`ютерних моніторів без Напівпровідників. Чи не обходяться без них и ПЕРЕДОВІ автомобільні розробки. Такоже смороду застосовуються в Авіа- и космічної техніки. Розумієте, що таке напівпровіднікі, наскількі смороду Важливі? Звичайний, нельзя Сказати, что це Єдині незамінні елементи для Нашої цівілізації, но й недооцінюваті їх теж НЕ Варта.
! Застосування Напівпровідників на практике зумовлено ще й цілою обертав чінніків, среди якіх і широка пошіреність матеріалів, з якіх смороду виготовляють, и легкість ОБРОБКИ и Отримання Бажанов результату, и інші технічні Особливості, Завдяк Яким вибір вчених, Які розроблялі Електрон техніку, зупинивсь на них.
Висновок
Ми детально розглянулі, що таке напівпровіднікі, як смороду Працюють. В Основі їх опору закладені СКЛАДНІ фізико-хімічні процеси. І можемо Вас повідоміті, что опісані в рамках статті факти не дадуть в повній мірі зрозуміті, що таке напівпровіднікі, по тій простій прічіні, что даже наука не Вівче Особливості їх роботи до кінця. Альо нам відомі їх основні Властивості и характеристики, Які и дозволяють нам застосовуваті їх на практике. Тому можна пошукаті матеріали Напівпровідників и самому поексперіментуваті з ними, дотрімуючісь обережності. Хто знає, можливо, в вас дрімає великий дослідник?!
