półprzewodniki

Fizyczny

2022

Wyjaśniamy, czym jest półprzewodnik elektryczny, jego rodzaje, zastosowania i przykłady. Ponadto materiały przewodzące i izolujące.

Najczęściej stosowanym półprzewodnikiem jest krzem.

Co to jest półprzewodnik?

Półprzewodniki to materiały, które mogą pełnić rolę przewodników elektrycznych lub izolatorów elektrycznych, w zależności od warunków fizycznych, w jakich się znajdują. Warunki te zwykle obejmują: temperatura i Ciśnienie, częstość promieniowania lub intensywność pole elektryczne lub pole magnetyczne któremu poddawany jest materiał.

Półprzewodniki składają się z pierwiastki chemiczne bardzo zróżnicowane między sobą, które w rzeczywistości pochodzą z regionów innych niż Układ okresowy pierwiastków, ale mają wspólne cechy chemiczne (na ogół są czterowartościowe), co nadaje im szczególne właściwości elektryczne. Obecnie najczęściej stosowanym półprzewodnikiem jest krzem (Si), szczególnie w przemyśle elektronika i z przetwarzanie danych.

Półprzewodniki wraz z materiałami izolacyjnymi zostały odkryte w 1727 r. przez angielskiego fizyka i przyrodnika Stephena Graya (1666-1736), ale prawa opisujące ich zachowanie i właściwości zostały opisane znacznie później, w 1821 r., przez słynnego niemieckiego fizyka Georga Simona Ohma. (1789-1854).

Zastosowania półprzewodników

Półprzewodniki są szczególnie przydatne w przemyśle elektronicznym, ponieważ pozwalają sterować i modulować prąd elektryczny zgodnie z niezbędnymi wzorami. Z tego powodu zwykle używa się ich do:

  • Tranzystory
  • Układy scalone
  • Diody elektryczne
  • Czujniki optyczne
  • Lasery na ciele stałym
  • Modulatory napędu elektrycznego (jak wzmacniacz gitary elektrycznej)

Rodzaje półprzewodników

Półprzewodniki mogą być dwojakiego rodzaju, w zależności od ich reakcji na środowisko fizyczne, w którym się znajdują:

Półprzewodniki samoistne

Składają się z jednego rodzaju atomy, ułożone w molekuły czworościenny (czyli cztery atomy o wartościowości 4) i ich atomy połączone wiązania kowalencyjne.

Taka konfiguracja chemiczna zapobiega: ruch wolne od elektrony wokół cząsteczki, z wyjątkiem wzrostu temperatury: wtedy elektrony biorą udział w Energia dostępne i „skoczyć”, pozostawiając wolną przestrzeń, która jest tłumaczona jako ładunek dodatni, który z kolei będzie przyciągał nowe elektrony. Proces ten nazywa się rekombinacją, a ilość ciepło wymagane do tego zależy od danego pierwiastka chemicznego.

Półprzewodniki zewnętrzne

Materiały te umożliwiają proces domieszkowania, to znaczy pozwalają na uwzględnienie pewnego rodzaju zanieczyszczeń w ich konfiguracji atomowej. W zależności od tych zanieczyszczeń, które mogą być pięciowartościowe lub trójwartościowe, materiały półprzewodnikowe dzielą się na dwa:

  • Półprzewodniki zewnętrzne typu N (donory). W tego typu materiałach elektrony przewyższają liczebnie dziury lub nośniki ładunku swobodnego („przestrzenie” o ładunku dodatnim). Kiedy do materiału przyłożona zostanie różnica potencjałów, swobodne elektrony przesuwają się na lewo od materiału, a dziury na prawo. Gdy otwory osiągną skrajnie prawą stronę, elektrony z obwodu zewnętrznego wchodzą do półprzewodnika i następuje transmisja prądu elektrycznego.
  • Zewnętrzne półprzewodniki typu P (akceptory). W tych materiałach dodane zanieczyszczenia, zamiast zwiększać ilość dostępnych elektronów, powiększają dziury. Mówimy więc o dodanym materiale akceptorowym, ponieważ istnieje większe zapotrzebowanie na elektrony niż dostępność i każda wolna „przestrzeń”, w którą powinien iść elektron, służy aby ułatwić przepływ prądu.

Przykłady materiałów półprzewodnikowych

Półprzewodniki służą jako modulatory transmisji elektrycznej.

Najpopularniejsze i najczęściej używane półprzewodniki w przemysł są:

  • Krzem (Si)
  • German (Ge), często w stopy krzem
  • Arsenek galu (GaAs)
  • Siarka
  • Tlen
  • Kadm
  • Selen
  • indyjski
  • Inne materiały chemiczne powstałe w wyniku połączenia pierwiastków z grup 12 i 13 układu okresowego z pierwiastkami odpowiednio z grup 16 i 15.

Materiały przewodzące

W przeciwieństwie do półprzewodników, których właściwości przewodnictwa elektrycznego są różne, materiały przewodzące są zawsze gotowe do przenoszenia Elektryczność, ze względu na elektroniczną konfigurację jego atomów. Ta przewodność może ulegać wahaniom i być do pewnego stopnia zależna od stanu fizycznego środowiska, ponieważ Przewodność elektryczna nie jest absolutna.

Przykładami materiałów przewodzących są zdecydowana większość metale (żelazo, rtęć, Miedź, aluminium itp.) i Woda.

Materiały izolacyjne

Wreszcie materiały izolacyjne to takie, które są odporne na przewodzenie prądu, czyli uniemożliwiają przechodzenie elektrony i dlatego są przydatne, aby chronić się przed elektrycznością, aby uniemożliwić jej swobodny bieg lub zwarcie. Izolatory również nie izolują w stu procentach skutecznie, mają granicę (napięcie przebicia), powyżej którego energia jest tak intensywna, że ​​nie mogą utrzymać swojego stanu izolatorów, a zatem przynajmniej w pewnym stopniu przepuszczać prąd elektryczny.

Przykładami materiałów izolacyjnych są Plastikowy, ceramika, szkło, drewno i papier.

!-- GDPR -->