Halfgeleiders

Silicium is de meest gebruikte halfgeleider

Wat zijn halfgeleiders of halfgeleidermaterialen?

De halfgeleiders of halfgeleidermaterialen Dit zijn elementen die de functie van stuurprogramma's of isolatoren selectief uitvoeren, afhankelijk van de externe omstandigheden waaraan ze worden onderworpen, zoals temperatuur, druk, straling en magnetische of elektrische velden.

In het periodiek systeem zijn er halfgeleiderelementen aanwezig, waaronder silicium, germanio, selenium, cadmium, aluminium, gallium, boor, Indiase en koolstof. De halfgeleiders zijn kristallijne vaste stoffen met een gemiddelde elektrische geleidbaarheid, zodat ze dubbel kunnen worden gebruikt als bestuurder en een isolator.

Als ze als geleiders worden gebruikt, staan ​​bepaalde voorwaarden onder omstandigheden de circulatie van elektrische stroom toe, maar alleen in zekere zin. Bovendien hebben ze niet zo hoge geleidbaarheid als die van geleidende metalen.

Halfgeleiders worden gebruikt in elektronische toepassingen, vooral voor de productie van componenten zoals transistoren, diodes en geïntegreerde circuits. Ze worden ook gebruikt als accessoires of supplementen van optische sensoren, zoals lasers van vaste toestand, en sommige vermogensapparaten voor elektrische stroomtransmissiesystemen.

Momenteel wordt dit type elementen gebruikt voor technologische ontwikkelingen op het gebied van telecommunicatie, signaalcontrole en verwerkingssystemen, zowel in binnenlandse als industriële toepassingen.

Soorten halfgeleiders

Er zijn verschillende soorten halfgeleidermaterialen, afhankelijk van de onzuiverheden die ze presenteren en hun fysieke reactie op verschillende stimuli van de omgeving.

Intrinsieke halfgeleiders

Het zijn die elementen waarvan de moleculaire structuur bestaat uit een enkel type atoom. Onder dit type intrinsieke halfgeleiders is silicium en germanio.

De moleculaire structuur van intrinsieke halfgeleiders is tetraëdrisch; dat wil zeggen, het heeft covalente bindingen tussen vier omliggende atomen, zoals gepresenteerd in de onderstaande afbeelding.

Elk atoom van een intrinsieke halfgeleider heeft 4 valentie -elektronen; dat wil zeggen 4 elektronen die rond de buitenste laag van elk atoom zijn. Op zijn beurt vormt elk van deze elektronen links naar aangrenzende elektronen.

Op deze manier heeft elk atoom 8 elektronen in zijn meest oppervlakkige laag, die een solide unie vormt tussen elektronen en atomen die het kristallijne netwerk vormen.

Vanwege deze configuratie bewegen elektronen niet eenvoudig in de structuur. In standaardomstandigheden gedragen intrinsieke halfgeleiders zich dus als een isolator.

Kan u van dienst zijn: het 7 speelgoed dat met warmte werkt het meest uitstekend

De geleidbaarheid van de intrinsieke halfgeleider stijgt echter wanneer de temperatuur toeneemt, omdat sommige valentie -elektronen warmte -energie absorberen en gescheiden zijn van de bindingen.

Deze elektronen worden vrije elektronen en, als ze correct worden gericht door een elektrisch potentiaalverschil, kunnen ze bijdragen aan de stroomcirculatie binnen het kristallijne netwerk.

In dit geval springen de vrije elektronen naar de rijband en worden gericht op de positieve pool van de potentiële bron (bijvoorbeeld een batterij).

De beweging van Valencia -elektronen induceert een vacuüm in de moleculaire structuur, wat zich vertaalt in een effect vergelijkbaar met dat wat een positieve belasting op het systeem zou veroorzaken, zodat ze worden beschouwd als positieve belastingdragers.

Dan is er een omgekeerd effect, omdat sommige elektronen van de drijfband naar de Valencia -laag kunnen vallen die energie vrijgeeft in het proces, dat recombinatie wordt genoemd.

Extrinsieke halfgeleiders

Ze worden gevormd door het opnemen van onzuiverheden binnen intrinsieke geleiders; dat wil zeggen door de opname van driewaardig elementen of pentavalent.

Dit proces staat bekend als doping en is bedoeld om de geleidbaarheid van materialen te vergroten, om de fysieke en elektrische eigenschappen hiervan te verbeteren.

Door een intrinsiek halfgeleideratoom te vervangen door een atoom van een andere component, kunnen twee soorten extrinsieke halfgeleiders worden verkregen, die hieronder worden beschreven.

Halfgeleider type P

In dit geval is onzuiverheid een driemaal halfgeleiderelement; dat wil zeggen, met drie (3) elektronen in zijn valentielaag.

Indringerelementen in de structuur worden doping -elementen genoemd. Voorbeelden van deze elementen voor type P halfgeleiders zijn boor (b), gallium (GA) of Indian (in).

Het ontbreken van een Valencia -elektron om de vier covalente bindingen van een intrinsieke halfgeleider te vormen, heeft de P -type halfgeleider een vacuüm in de ontbrekende link.

Het bovenstaande maakt de doorgang van elektronen die niet tot het kristallijne netwerk behoren via die positieve vrachtdrager.

Vanwege de positieve belasting van de link van de binding wordt dit type geleiders met de letter "P" genoemd en worden ze bijgevolg erkend als elektronenacceptoren.

Elektronenstroom door de bindingsgaten produceert een elektrische stroom die in de tegenovergestelde richting circuleert naar de stroom afgeleid van vrije elektronen.

Kan u van dienst zijn: gegevens stroomdiagram

Type N halfgeleider

Het indringer -element in de configuratie wordt gegeven door pentavalente elementen; dat wil zeggen, degenen die vijf (5) elektronen in de Valencia -band hebben.

In dit geval zijn onzuiverheden die zijn opgenomen in de intrinsieke halfgeleider elementen zoals fosfor (P), antimoon (SB) of arseen (AS).

De doteermiddelen hebben een extra Valencia -elektron dat, die geen covalente binding hebben om zich aan te sluiten, automatisch vrij is om door het kristallijne netwerk te bewegen.

Hier circuleert de elektrische stroom door het materiaal dankzij het overschot aan vrije elektronen die door de Dopante worden geleverd. Daarom worden type N halfgeleiders beschouwd als elektronendonoren.

Kenmerken van halfgeleiders

De halfgeleiders worden gekenmerkt door hun dubbele functionaliteit, energie -efficiëntie, diversiteit van toepassingen en lage kosten. De meest opvallende kenmerken van de halfgeleiders zijn hieronder gedetailleerd:

• Uw reactie (bestuurder of isolatie) kan variëren afhankelijk van de gevoeligheid van het element voor verlichting, elektrische velden en magnetische velden van de omgeving.
• Als de halfgeleider wordt onderworpen aan een lage temperatuur, blijven de elektronen verenigd in de Valencia -band en daarom zullen vrije elektronen niet optreden voor de circulatie van elektrische stroom. Aan de andere kant, als de halfgeleider wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, kan thermische trillingen de stevigheid van de covalente bindingen van de atomen van het element beïnvloeden, dat vrije elektronen is voor elektrische geleiding.
• De geleidbaarheid van de halfgeleiders varieert afhankelijk van het aandeel onzuiverheden of doping -elementen binnen een intrinsieke halfgeleider. Als bijvoorbeeld 10 booratomen worden opgenomen in een miljoen siliciumatomen, verhoogt die verhouding de geleidbaarheid van de verbinding duizend keer, vergeleken met de geleidbaarheid van het silicium in een pure toestand.
• De geleidbaarheid van de halfgeleiders varieert in een interval tussen 1 en 10^-6 S.cm^-1, Afhankelijk van het gebruikte type chemische element.
• Composiet- of extrinsieke halfgeleiders kunnen optische en elektrische eigenschappen aanzienlijk hoger presenteren dan de eigenschappen van intrinsieke halfgeleiders. Een voorbeeld van dit aspect is Gallium Arseniuro (GaAs), een voornamelijk gebruikt in radiofrequentie en ander gebruik van optolectronische toepassingen.

Halfgeleidersoepassingen

Huishoudelijke apparaten

De halfgeleiders zijn aanwezig in elektronische apparaten die we in ons dagelijks leven gebruiken, zoals bruine lijnapparatuur zoals televisies, videospelers, geluidsapparatuur; Computers en mobiele telefoons.

Kan u van dienst zijn: dynamische programmering: kenmerken, bijvoorbeeld voor-, nadelen

elektronica

De halfgeleiders worden veel gebruikt als grondstof in de assemblage van elektronische elementen die deel uitmaken van ons dagelijks leven, zoals geïntegreerde circuits.

Een van de belangrijkste elementen van een geïntegreerd circuit zijn transistors. Deze apparaten vervullen de functie van het leveren van een uitgangssignaal (oscillerend, versterkt of gecorrigeerd) volgens een specifiek ingangssignaal.

Elektronische circuitdioden

Bovendien zijn halfgeleiders ook het primaire materiaal van de diodes die in elektronische circuits worden gebruikt om de doorgang van elektrische stroom in zekere zin mogelijk te maken.

Voor diodesontwerp worden het tandvlees van extrinsieke halfgeleiders type P en type N gevormd. Bij afwisselend dragers en elektronendonoren wordt een evenwichtsmechanisme tussen beide gebieden geactiveerd.

Aldus zijn de elektronen en de gaten van beide gebieden geïntegreerd en waar nodig worden aangevuld. Dit gebeurt op twee manieren:

• De overdracht van elektronen van de N Type Z Zone treedt op. De N Zone N verkrijgt een overwegend positieve belastingszone.
• Een stap van elektronendragers van de P -zone P naar het type N Zone wordt gepresenteerd. De P -zone verwerft een overwegend negatieve belasting.

Ten slotte wordt een elektrisch veld gevormd dat in zekere zin de circulatie van de stroom induceert; dat wil zeggen van zone n tot zone p.

Andere apparaten

Bij het gebruik van combinaties van intrinsieke en extrinsieke halfgeleiders.

Dit type toepassingen is van toepassing in geïntegreerde circuits zoals microprocessingchips die een aanzienlijke hoeveelheid elektriciteit dekken.

Voorbeelden van halfgeleiders

Silicium

De meest gebruikte halfgeleider in de elektronische industrie is Silicon (SI). Dit materiaal is aanwezig in de apparaten die deel uitmaken van de geïntegreerde circuits die deel uitmaken van onze dag tot dag.

Germanio en siliciumlegeringen

Germanio en Silicio (SIGE) legeringen worden gebruikt in geïntegreerde circuits met hoge snelheid voor radars en elektrische instrumentversterkers, zoals elektrische gitaren.

Gallium arseniuro

Een ander voorbeeld van halfgeleider is gallium arseniuro (GaAs), veel gebruikt in signaalversterkers, met name hoge versterking en signalen met lage ruis.