Yarimo'tkazgichlar nima? Yarimo'tkazgichlarning qarshiligi

Yarıiletken material nima? Uning xususiyatlari nimada? Yarıiletkenlerin fizikasi nima? Qanday qilib ular quriladi? Yarıiletkenlerin iletkenliği nima? Ular qanday jismoniy ko'rsatkichlarga ega?

Yarıiletken nima?

Ya'ni, elektr bilan bir qatorda metallarni o'tkazmaydigan kristall materiallarni belgilang. Biroq, bu ko'rsatkich izolyatorlardan ham yaxshiroqdir. Bunday xususiyatlar mobil tashuvchilar soni bilan bog'liq. Umuman olganda, yadrolarga kuchli bog'lanish mavjud. Biroq, bir nechta elektronlar, masalan, surma, elektrondan ortiqcha bo'lgan bo'lsa, konduktorga kiritiladi, bu pozitsiya o'zgartiriladi. Indiy ishlatilganda, musbat zaryadli elementlar olinadi. Bu xususiyatlar tranzistorlarda keng qo'llaniladi - oqimni bir yo'nalishda kuchaytirishi, bloklanishi yoki uzatishi mumkin bo'lgan maxsus qurilmalar. Agar biz NPN tipidagi elementni hisoblasak, unda kuchli kuchaytiruvchi rolni qayd etishimiz mumkin, bu ayniqsa kuchsiz signallarni uzatishda muhim ahamiyatga ega.

Elektr yarim o'tkazgichlarining konstruktiv xususiyatlari

Supero'tkazuvchilar ko'plab erkin elektronga ega. Yalıtıcılar deyarli hech narsaga ega emaslar. Yarıiletkenler shuningdek ma'lum miqdorda bo'sh elektronni va erkin zaryadlarni qabul qilishga tayyor bo'lgan musbat zaryadli bo'shliqlarni ham o'z ichiga oladi. Va eng muhimi, barchasi elektr toki bilan ishlaydi. Yuqorida ko'rib o'tilgan NPN tranzistorining turi bitta yarim o'tkazgich element emas. Shunday qilib, PNP-tranzistorlar va diodlar mavjud.

Ikkinchisini qisqacha gapiradigan bo'lsak, u signallarni faqat bitta yo'nalishda uzatadigan bunday element. Bundan tashqari, diod muqobil oqimi doimiy ravishda o'zgartirishi mumkin. Bunday o'zgarish mexanizmi qanday? Nima uchun u faqat bir yo'nalishda harakat qilyapti? Oqibatda qaerdan kelib chiqqaniga qarab, elektronlar va kamchiliklar yarimparchalanib qolishi yoki yarmini kutishi mumkin. Birinchi holatda, masofani oshirib borishi tufayli etkazib berish to'xtatiladi, shuning uchun salbiy kuchlanish tashuvchilarni faqat bitta yo'nalishda o'tkaziladi, ya'ni yarim o'tkazgichlarning o'tkazuvchanligi bir tomonlama hisoblanadi. Natijada, oqim faqat zarrachalar zarrachalari yaqinligida uzatilishi mumkin. Bu faqat bir tomondan kuch ta'minlanganida mumkin. Ushbu turdagi yarimo'tkazgichlar mavjud va mavjud bo'lgan.

Zonalarning tuzilishi

Supero'tkazuvchilar elektr va optik xususiyatlari, elektronlar energiya darajasini to'ldirganda, ular mumkin bo'lgan holatlardan taqiqlangan tarmoqli tomonidan ajratilganligi bilan bog'liq. Uning xususiyatlari nimada? Haqiqatan ham taqiqlangan mintaqada energiya darajasi yo'q. Yopiq va tizimli nuqsonlar yordamida bu o'zgarishi mumkin. To'liq to'ldirilgan zonaga valentlik bandi deyiladi. Keyin hal qilingan, lekin bo'sh. U o'tkazgich bandi deyiladi. Yarimo'tkazgichlarning fizikasi juda qiziqarli mavzu bo'lib, maqola doirasida u yaxshi yoritiladi.

Elektronlar holati

Buning uchun ruxsat etilgan band va quasimomentum soni kabi tushunchalar qo'llaniladi. Birinchining tuzilishi dispersiya qonuni bilan belgilanadi. U energiyani quasimomentumga bog'liqligini unga ta'sir qiladi, deydi. Shunday qilib, agar valentlik tasmasi to'liq elektronlar bilan to'ldirilgan bo'lsa (ular yarimo'tkazgichlarda ishlaydigan quvvatni ushlab turadigan bo'lsa), unda ular hech qanday elementar qo'zg'alish mavjud emasligini aytishadi. Agar biror sababga ko'ra zarracha bo'lmasa, u ijobiy zaryadlangan kvazipartikul mavjudligini anglatadi - bu o'tish yoki teshik. Valentlik tarmoqli yarim o'tkazgichlarda zaryadlovchilar.

Degenerate zonalar

Odatda, bir iletkendeki valentlik bandı olti baravar veneriktir. Bu spin-orbitaning ta'sirini hisobga olmaganda va faqatgina quasimomentum nolga teng bo'lganda. Ikkita va to'rtburchak zaif zonalarga bir xil sharoitda bo'linishi mumkin. Ularning orasidagi energiya masofa spin-orbitalarni ajratuvchi energiya deb ataladi.

Yarimo'tkazgichlarda kirlar va nuqsonlar

Ular elektr faol emas yoki faol bo'lishi mumkin. Birinchidan foydalanish yarim o'tkazgichlarda ortiqcha yoki kam miqdorda zaryad olish imkonini beradi, bu valentlik tarmoqli yoki elektr o'tkazgich zonasida bir teshik paydo bo'lishi bilan kompensatsiya qilinishi mumkin. Faol bo'lmagan begona moddalar neytral va ular elektron xususiyatlarga nisbatan oz ta'sir ko'rsatadi. Va ko'pincha valentlarning zaryadni o'tkazishda ishtirok etadigan atomlar va kristalli tizimning tuzilishi ahamiyatli bo'lishi mumkin .

Kirsillarning turi va miqdoriga qarab, teshiklar va elektronlar soni o'rtasidagi nisbat o'zgarishi mumkin. Shuning uchun, kerakli natijani olish uchun yarim Supero'tkazuvchilar materiallar har doim diqqat bilan tanlangan bo'lishi kerak. Buning ortidan juda katta miqdordagi hisoblar va keyingi tajribalar mavjud. Asosiy zararli tashuvchilarni ko'pincha chaqiradigan zarralar asosli emas.

Yarimo'tkazgichlarga kirlarni kiritishni buyurib, kerakli xususiyatlarga ega qurilmalarni olish imkonini beradi. Yarimo'tkazgichlarda nuqsonlar inaktiv yoki faol elektr holatida bo'lishi mumkin. Bu erda dislokatsiya, interstitsial atom va bo'sh o'rinlar mavjud. Suyuq va kristal bo'lmagan Supero'tkazuvchilar kristall konditsionerlarga qaraganda iflosliklarga turli ta'sir ko'rsatadi. Qattiq tuzilmaning yo'qligi, nihoyat, ko'chirilayotgan atomning boshqa valentlikka ega bo'lishiga olib keladi. U dastlab o'z ulanishlarini to'ldirganidan farq qiladi. Atom, elektronni berish yoki biriktirish foydasiz bo'ladi. Bunday holatda u noto'g'ri holga keladi, shuning uchun kir yuvish yaroqkompyuterlari muvaffaqiyatsizlikka uchraydi. Bu esa, doping orqali o'tkazuvchanlik turini o'zgartira olmaydi va masalan, pn birlashuvini yaratishga olib keladi.

Ayrim amorf yarimo'tkazgichlar elektron xususiyatlarini doping ta'siri ostida o'zgartirishlari mumkin. Biroq, bu kristalli bo'lganlarga qaraganda, ular uchun juda oz miqdorda qo'llaniladi. Amorf unsurlarni loyqaga nisbatan sezuvchanligi qayta ishlash orqali kuchaytirilishi mumkin. Natijada uzoq va qattiq ish zarrachalari tufayli yarim o'tkazgichlar yaxshi xususiyatlarga ega bo'lgan qator natijalar bilan ifodalanadi.

Yarimo'tkazgichdagi elektronlar statistikasi

Termodinamik muvozanat mavjud bo'lganda, teshiklar va elektronlar soni faqat harorat, tarmoqli strukturasining parametrlari va elektr faol ifloslanishlar konsentratsiyasi bilan aniqlanadi. Raqamni hisoblashda, zarrachalarning bir qismi o'tkazgichda (akseptor yoki donor darajasida) bo'ladi deb taxmin qilinadi. Bundan tashqari, bir qism valentli hududdan chiqib ketishi mumkinligi va bo'shliqlar mavjudligini hisobga oladi.

Elektr o'tkazuvchanligi

Yarimo'tkazgichlarda elektronlar bilan bir qatorda, ionlar ham zaryadlovchilar sifatida harakat qilishlari mumkin. Aksariyat hollarda ularning elektr o'tkazuvchanligi juda kamdir. Istisno sifatida, faqatgina ion Supero'tkazuvchilar keltirilgan bo'lishi mumkin. Yarıiletkenlerde elektron uzatishning uchta asosiy mexanizmi mavjud:

1. Asosiy hudud zonasi. Bu holda, elektron energiya o'zgarishi sababli ruxsat etilgan hudud doirasida harakatga keladi.
2. Lokalizatsiya qilingan davlatlar ustidan o'tishni o'tkazish.
3. Polaronik.

Exciton

Bir teshik va elektron birlashtirilgan holda tuzilishi mumkin. U Wannier-Mott eksitoni deb ataladi. Bunday holda, assimilyatsiya tomoniga mos keladigan foton energiyasi buxgalteriya qiymatining kattaligiga qarab kamayadi. Kerakli yorug'lik zichligi bilan yarim o'tkazgichlarda sezilarli darajada eksitonlar shakllanishi mumkin. Ularning konsentratsiyasi oshib borishi bilan kondansasyon sodir bo'ladi va elektron teshik suyuqligi hosil bo'ladi.

Yarimo'tkazgich yuzasi

Ushbu so'zlar qurilma chegarasiga yaqin joylashgan bir necha atom qatlamlarini bildiradi. Er xususiyatlari, ommaviy bo'lganlardan farq qiladi. Ushbu qatlamlarning mavjudligi kristalning translatsion simmetriyasini buzadi. Bu yer yuzasi va polariton deb nomlanadi. Ikkinchisining mavzusini ishlab chiqish uchun biz spin va tebranish to'lqinlari haqida ham ma'lumot berishimiz kerak. Uning kimyoviy faolligi tufayli sirt, atrof-muhitdan adsorbsiyalangan xorijiy molekulalar yoki atomlarning mikroskopik qatlami bilan qoplanadi. U bir necha atom qatlamining xususiyatlarini aniqlaydi. Yaxshiyamki, yarim Supero'tkazuvchilar elementlar yaratilgan ultra-vakuumli texnologiyani yaratish bizga bir necha soat davomida toza yuzalarni olish va saqlash imkonini beradi, bu mahsulot sifatiga ijobiy ta'sir ko'rsatadi.

Yarimo'tkazgich. Harorat qarshilik ta'sir qiladi

Metalllarning harorati ko'tarilganda, ularning qarshiligi ham shunday. Yarimo'tkazgichlar bilan teskari to'g'ri - bu shartlar ostida ushbu parametr kamayadi. Bu erda nuqta shundaki, har qanday materialning elektr o'tkazuvchanligi (va bu xususiyat qarshilikka mutanosib proportsional) joriy tashuvchilarning ish haqiga, ularning elektr maydonidagi harakat tezligiga va ularning miqdori bir xil hajmdagi materiallarga bog'liq.

Yarimo'tkazgich elementlarida harorat ko'tarilganda, zarralar kontsentratsiyasi ortadi, shuning uchun issiqlik o'tkazuvchanligi oshadi va qarshilik kamayadi. Agar sizda yosh fizika va zarur material - silikon yoki germanyning oddiy to'plamiga ega bo'lsangiz, buni tekshirib ko'rishingiz mumkin, siz ulardan tayyorlangan yarimo'tkazgichni ham olishingiz mumkin. Haroratning oshishi ularning qarshiliklarini kamaytiradi. Bunga ishonch hosil qilish uchun siz barcha o'zgarishlarni ko'rish imkonini beruvchi o'lchov asboblari bilan jihozlashingiz kerak. Bu umumiy holatda. Keling, ba'zi bir variantlarni ko'rib chiqaylik.

Qarshilik va elektrostatik ionlash

Bu juda tor bir to'siqdan o'tib, elektronlarning tunnellanishiga bog'liq, bu mikrometrning taxminan yuzdan birini ta'minlaydi. Energiya zonalarining chekkalari orasida joylashgan. Uning tashqi ko'rinishi faqat kuchli energiya maydonining ta'siri ostida sodir bo'lgan energiya bantlari eğilinceye mumkin. Tyuning paydo bo'lganda (bu kvant mexanik ta'sir) elektronlar tor potensial to'siqdan o'tadi va ularning energiyasi o'zgarmaydi. Bu ham o'tkazuvchanlik, ham valentlik chiziqlaridagi zaryad tashuvchilar kontsentratsiyasining oshishiga olib keladi. Agar biz elektrostatik ionlash jarayonini rivojlantirsak yarimo'tkazgichning tunnel qismlari paydo bo'lishi mumkin. Ushbu jarayon davomida yarimo'tkazgichlarning qarshiligi o'zgaradi. Qayta tiklanishi mumkin va elektr maydon yopilgach, barcha jarayonlar tiklanadi.

Qarshilik va ta'sir ionizatsiyasi

Bu holatda, kuchli elektr maydon ta'sirida bo'sh erkin yo'l atomlarga ionizatsiya va kovalent aloqalar (asosiy atom yoki nopoklik) ning birida yorilishiga yordam beradigan qiymatlarga yetgan ekan, teshiklar va elektronlar tezlashadi. Sokin ionlashuvi ko'chkiga o'xshash, zaryadlovchi toshlar ko'chkida ko'payadi. Bu holda yangi hosil bo'lgan teshiklar va elektronlar elektr toki bilan tezlashadi. Yakuniy natijada oqimning qiymati ta'sirning ionlash koeffitsienti bilan ko'payadi va u elektron teshik juftlarining soniga teng bo'ladi, bu yo'lning bir qismida yuk tashuvchisi tomonidan hosil qilinadi. Ushbu jarayonning rivojlanishi, umuman, yarim o'tkazgichning parchalanishiga olib keladi. Yarimo'tkazgichlarning qarshiligi ham o'zgaradi, ammo tunnel singan hollarda bo'lgani kabi, teskari.

Yarimo'tkazgichlarni amalda qo'llash

Ushbu elementlarning alohida ahamiyati kompyuter texnologiyasida qayd etilishi kerak. Agar biz ob'ektni mustaqil ravishda to'plash istagi bo'lmasa, qanday yarimo'tkazgichlar haqida savol berishingiz shubhasiz. Yarimo'tkazgichsiz zamonaviy muzlatgichlar, televizorlar, kompyuter monitorlari ishlarini tasavvur etib bo'lmaydi. Ularsiz va rivojlangan avtomashinani rivojlantirish. Ular shuningdek aviatsiya muhandisliklarida ham qo'llaniladi. Yarıiletkenlerin nima ekanligini tushunasizmi, ular qanchalik muhim? Tabiiyki, bu bizning tsivilizatsiyamiz uchun yagona o'zgaruvchan elementlar, deyish mumkin emas, ammo ular ham küçümsenmemelidir.

Yarimo'tkazgichlarni amaliyotda qo'llash, shuningdek, ular ishlab chiqarilgan materiallarning keng tarqalganligi, istalgan natija olish va qulayliklarni olishning qulayligi va elektron texnologiyani ishlab chiqqan olimlarni tanlab olgan boshqa texnik xususiyatlar bilan bir qatorda bir qator omillarga bog'liq.

Xulosa

Biz yarimo'tkazgichlarning nima ekanligini, qanday ishlashini batafsil o'rganib chiqdik. Ularning qarshiligi murakkab fizik-kimyoviy jarayonlarga asoslangan. Va sizni maqolada tasvirlangan ma'lumotlar yarimo'tkazgichlarning nima ekanligini to'liq anglamayapti, sababi, hatto ilm-fan o'z ishlarining xususiyatlarini oxirigacha o'rganmaganligi sababli. Lekin biz ularning asosiy xususiyatlarini va xususiyatlarini bilamiz, bu ularni amalda qo'llash imkonini beradi. Shuning uchun siz yarimo'tkazgich materiallarini qidirishingiz va ular bilan ehtiyot bo'lishingiz mumkin. Kim biladi, ehtimol sizda buyuk tadqiqotchi sizni uyg'otmoqda?