Nini semiconductors? Upinzani wa semiconductors

Nini vifaa vya semiconductor? Ni sifa gani? Fizikia ya semiconductors ni nini? Je! Hujengwaje? Je, ni conductivity ya semiconductors? Ni viashiria gani vya kimwili wanavyo?

Ni nini kinachoitwa semiconductors?

Kwa hiyo, fanya vifaa vya fuwele ambavyo hazifanya umeme pamoja na metali. Lakini bado kiashiria hiki ni bora kuliko wahamizaji. Tabia hizo ni kutokana na idadi ya flygbolag ya simu. Ikiwa tunazingatia kwa ujumla, basi kuna kiambatisho chenye nguvu kwenye nuclei. Lakini wakati atomi kadhaa, wanasema, antimoni, ambayo ina ziada ya elektroni, imeingizwa kwenye kondakta, nafasi hii itarekebishwa. Wakati indium inatumiwa, vipengele vinavyo na malipo mazuri vinapatikana. Mali zote hizi hutumiwa sana katika transistors - vifaa maalum ambavyo vinaweza kukuza, kuzuia au kupitisha sasa katika mwelekeo mmoja tu. Ikiwa tunazingatia kipengele cha aina ya NPN, basi tunaweza kutambua jukumu kubwa la kukuza, ambayo ni muhimu hasa katika uhamisho wa ishara dhaifu.

Vipengele vya kujenga ya semiconductors ya umeme

Wafanyabiashara wana elektroni nyingi za bure. Wahamiaji hawafanyi nao kabisa. Semiconductors pia huwa na idadi fulani ya elektroni za bure, na mapungufu kwa malipo mazuri, ambayo tayari kukubali chembe zilizotolewa. Na muhimu zaidi - wote hufanya umeme sasa. Aina ya transistor ya NPN kuchukuliwa mapema sio kipengele kimoja cha semiconductor. Kwa hiyo, kuna PNP-transistors, pamoja na diodes.

Akizungumza juu ya ufupi kwa kifupi, ni kipengele kama hicho ambacho kinaweza kupeleka ishara tu katika mwelekeo mmoja. Pia, diode inaweza kubadilisha sasa mbadala kuwa moja kwa mara. Nini utaratibu wa mabadiliko hayo? Na kwa nini anasonga tu katika mwelekeo mmoja? Kulingana na wapi sasa inatoka, elektroni na uchafu zinaweza kugeuka au kukutana nusu. Katika kesi ya kwanza, kutokana na ongezeko la umbali, usambazaji wa ugavi unaingiliwa, na hivyo uhamisho wa flygbolag za voltage hasi hufanyika tu katika mwelekeo mmoja, yaani, conductivity ya semiconductors ni upande mmoja. Baada ya yote, sasa inaweza tu kuambukizwa kama chembe ya jirani ni karibu. Na hii inawezekana tu wakati nguvu zinazotolewa kutoka upande mmoja. Aina hizi za semiconductors zipo na zinatumika kwa sasa.

Eneo la eneo

Mali ya umeme na macho ya conductors yanahusiana na ukweli kwamba wakati elektroni kujaza viwango vya nishati wanajitenganisha na nchi zinazowezekana kwa bendi iliyozuiliwa. Ni sifa gani? Ukweli ni kwamba hakuna viwango vya nishati katika eneo lililokatazwa. Kwa msaada wa uchafu na kasoro za miundo, hii inaweza kubadilishwa. Eneo la juu kabisa lililojaa kujaitwa bendi ya valence. Kisha ifuatavyo kutatuliwa, lakini haipo. Inaitwa bendi ya uendeshaji. Fizikia ya semiconductors ni mada ya kuvutia zaidi, na ndani ya mfumo wa makala itakuwa vizuri kufunikwa.

Hali ya elektroni

Kwa hili, dhana kama vile idadi ya bendi iliyoruhusiwa na quasimomentum hutumiwa. Mfumo wa wa kwanza umeamua na sheria ya utawanyiko. Anasema kwamba utegemezi wa nishati kwenye quasimomentum huathiri. Kwa hiyo, ikiwa bendi ya valence imejaa kabisa na elektroni (ambayo hubeba katika semiconductors), basi wanasema kuwa hakuna msisimko wa msingi ndani yake. Ikiwa kwa sababu fulani hakuna chembe, ina maana kwamba kuna chanzo kinachoshtakiwa chanya - kupita au shimo. Wao ni wajenzi wa malipo katika semiconductors katika bendi ya valence.

Kanda za kuenea

Bendi ya valence katika kondakta ya kawaida ni kiwango cha kudumu mara sita. Hii ni bila kuzingatia mwingiliano wa spin-orbit na tu wakati quasimomentum ni sifuri. Inaweza kupasuliwa chini ya hali hiyo katika kanda mbili zilizoharibika na mbili zilizopungua. Umbali wa nishati kati yao huitwa nishati ya kugawanyika ya obiti.

Madhara na kasoro katika semiconductors

Wanaweza kuwa na nguvu ya umeme au hai. Matumizi ya wa zamani hufanya uwezekano wa kupata malipo ya ziada au ya chini katika semiconductors, ambayo inaweza kulipwa kwa kuonekana kwa shimo katika bendi ya valence au electron katika eneo uliofanywa. Ukosefu usiofaa ni wa neutral, na wana athari ndogo juu ya mali za elektroniki. Na mara nyingi kuna maana gani valence ina atomi kwamba kushiriki katika uhamisho wa malipo, na muundo wa kioo kioo.

Kulingana na aina na kiasi cha uchafu, uwiano kati ya idadi ya mashimo na elektroni unaweza kutofautiana. Kwa hiyo, vifaa vya semiconductor lazima daima kuwa makini kuchaguliwa ili kupata matokeo ya taka. Hii inatanguliwa na idadi kubwa ya mahesabu, na majaribio yafuatayo. Vipande, ambavyo wengi huita wigo wa malipo kuu, sio msingi.

Kuanzishwa kwa uchafu katika semiconductors inafanya uwezekano wa kupata vifaa na mali zinazohitajika. Vipande katika semiconductors pia inaweza kuwa katika hali isiyoweza kutumika au umeme. Muhimu hapa ni dislocation, atomi ya kiungo na nafasi. Wafanyabiashara wa maji machafu na yasiyo ya fuwele hutendea tofauti na uchafu kuliko watendaji wa fuwele. Kutokuwepo kwa muundo mgumu hatimaye husababisha ukweli kwamba atomi iliyohamishwa inapata valence nyingine. Itakuwa tofauti na ile ambayo kwa awali inajaa uhusiano wake. Atomu inakuwa haina faida kutoa au kushikilia elektroni. Katika kesi hii, inakuwa inaktiv, na kwa hivyo, semiconductors wasio na uchafu wana nafasi kubwa ya kushindwa. Hii inasababisha ukweli kwamba mtu hawezi kubadili aina ya conductivity kwa doping na kujenga, kwa mfano, pn mkusanyiko.

Baadhi ya semiconductors ya amorphous wanaweza kubadilisha mali zao za elektroniki chini ya ushawishi wa doping. Lakini hii inatumika kwao kiasi kidogo zaidi kuliko kuifuta. Uelewa wa vipengele vya amorphous kwa kutoa inaweza kuimarishwa na usindikaji. Hatimaye nataka kutambua kwamba kutokana na semiconductors ya muda mrefu na ngumu ya kazi isiyo ya ukatili bado inawakilishwa na matokeo kadhaa na sifa nzuri.

Takwimu za elektroni katika semiconductor

Wakati kuna usawa wa thermodynamic, idadi ya mashimo na elektroni hutegemea tu kwa joto, vigezo vya muundo wa bendi na ukolezi wa uchafu wa umeme. Wakati uwiano umehesabiwa, ni kudhani kuwa sehemu ya chembe zitakuwa kwenye bendi ya uendeshaji (kwa kiwango cha kukubali au wafadhili). Pia inachukua kuzingatia ukweli kwamba sehemu inaweza kuondoka eneo la valent, na kuna pengo.

Uendeshaji wa Umeme

Katika semiconductors, pamoja na elektroni, ions inaweza kutenda kama flygbolag malipo. Lakini conductivity yao ya umeme ni duni katika matukio mengi. Kwa ubaguzi, tu superconductors ionic pekee yanaweza kutajwa. Katika semiconductors kuna njia kuu tatu za kuhamisha elektroniki:

1. Eneo la ukanda kuu. Katika kesi hiyo, electron inakuja kwa mwendo kutokana na mabadiliko katika nishati yake ndani ya eneo moja la kuruhusiwa.
2. Anatarajia uhamisho juu ya majimbo yaliyotengwa.
3. Polaronic.

Exciton

Shimo na electron inaweza kuunda hali ya kufungwa. Inaitwa Excnion Wannier-Mott. Katika kesi hiyo, nishati ya photon, ambayo inalingana na makali ya ngozi, inapungua kwa ukubwa wa thamani ya dhamana. Kwa kutosha kwa mwanga wa kutosha, kiasi kikubwa cha excitons kinaweza kuunda katika semiconductors. Wakati ukolezi wao unapoongezeka, condensation hufanyika, na kioevu-shimo kioevu huundwa.

Surface ya semiconductor

Maneno haya yanaashiria tabaka kadhaa za atomiki, ziko karibu na mipaka ya kifaa. Mali ya uso hutofautiana na wingi. Uwepo wa tabaka hizi huvunja ulinganifu wa kutafsiri wa kioo. Hii inaongoza kwa nchi zinazoitwa uso na polaritons. Kuendeleza mada ya mwisho, tunapaswa pia kuwajulisha kuhusu mawimbi ya spin na vibrational. Kwa sababu ya shughuli zake za kemikali, uso unafunikwa na safu ya microscopic ya molekuli za kigeni au atomi ambazo zimeshughulikiwa na mazingira. Wao huamua mali ya hizo tabaka kadhaa za atomiki. Kwa bahati nzuri, uumbaji wa teknolojia ya utupu wa ultrahigh, ambayo vipengele vya semiconductor huundwa, inatuwezesha kupata na kudumisha uso safi kwa masaa kadhaa, ambayo inathiri ubora wa bidhaa.

Semiconductor. Joto linaathiri upinzani

Wakati joto la metali huongezeka, ndivyo ilivyo upinzani wao. Kwa semiconductors kinyume ni kweli - chini ya hali hiyo hiyo parameter hii itapungua. Hatua hapa ni kwamba conductivity ya umeme ya nyenzo yoyote (na tabia hii inversely sawia na upinzani) inategemea malipo ya flygbolag sasa, kasi ya harakati zao katika shamba umeme na idadi yao katika kitengo moja ya vifaa vya kiasi.

Katika vipengele vya semiconductor, kama joto inapoongezeka, ukolezi wa chembe huongezeka, kutokana na hili, conductivity mafuta huongezeka, na upinzani hupungua. Unaweza kuangalia hii ikiwa una seti rahisi ya fizikia ya vijana na nyenzo muhimu - silicon au germanium, unaweza pia kuchukua semiconductor alifanya yao. Kuongeza joto hupunguza upinzani wao. Ili kuhakikisha hili, unahitaji kuhifadhi na vifaa vya kupimia ambavyo vitakuwezesha kuona mabadiliko yote. Hii ni katika kesi ya kawaida. Hebu tutazame chaguzi kadhaa.

Upinzani na ionization ya umeme

Hii inatokana na usambazaji wa elektroni unaovuka kizuizi kidogo sana, ambacho hutoa karibu moja ya mia moja ya micrometer. Iko katikati ya kanda za nishati. Uonekano wake unawezekana tu wakati bendi za nishati zikoshwa, ambazo hutokea tu chini ya ushawishi wa shamba la nguvu la umeme. Wakati ushughulikiaji hutokea (ambayo ni athari ya kiasi kikubwa), elektroni hupitia njia ndogo nyembamba, na nguvu zao hazibadilika. Hii inaongeza ongezeko la wasambazaji wa malipo, wote katika vikundi vya conductivity na valence. Ikiwa tunaendeleza mchakato wa ionization ya umeme, basi uharibifu wa tunnel wa semiconductor unaweza kutokea. Wakati wa mchakato huu, upinzani wa semiconductors utabadilika. Ni reversible, na mara tu shamba la umeme limezimwa, taratibu zote zitarejeshwa.

Upinzani na athari ya ionization

Katika kesi hiyo, mashimo na elektroni huharakisha kwa muda mrefu kama njia ya bure ya maana ya chini ya ushawishi wa shamba nguvu ya umeme hufikia maadili ambayo yanachangia ionization ya atomi na kupasuka kwa moja ya vifungo covalent (atomi kuu au uchafu). Mshtuko wa ionisi hutokea banjani-kama, na flygbolag za malipo huzidisha katika bunduki. Katika kesi hiyo, mashimo na elektroni vilivyoanzishwa vimeongezwa na umeme wa sasa. Thamani ya sasa katika matokeo ya mwisho yamezidishwa na mgawo wa ionization wa athari, ambao ni sawa na idadi ya jozi za elektroni-shimo, ambayo hutengenezwa na mtoa huduma ya malipo kwenye sehemu moja ya njia. Uendelezaji wa mchakato huu hatimaye unasababisha kuvunjika kwa baharini ya semiconductor. Upinzani wa semiconductor pia unatofautiana, lakini, kama ilivyo katika kuvunjika kwa handaki, hurekebishwa.

Matumizi ya semiconductors katika mazoezi

Umuhimu maalum wa mambo haya unapaswa kuzingatiwa katika teknolojia ya kompyuta. Hatuna shaka kwamba huwezi kuwa na nia ya swali la nini semiconductors ni, kama sio kwa hamu ya kujitegemea kukusanya kitu na matumizi yao. Haiwezekani kufikiri kazi ya friji za kisasa, televisheni, wachunguzi wa kompyuta bila semiconductors. Sio bila yao na maendeleo ya magari ya juu. Pia hutumiwa katika uhandisi wa abiria. Je! Unaelewa ni nini semiconductors, ni muhimu sana? Bila shaka, hatuwezi kusema kwamba haya ndiyo vitu pekee vinavyoweza kutumiwa kwa ustaarabu wetu, lakini haipaswi kupuuzwa.

Matumizi ya semiconductor katika mazoezi pia ni kutokana na sababu kadhaa, kati ya ambayo kuenea kwa kiasi kikubwa cha vifaa vinavyotengenezwa, na urahisi wa usindikaji na kupata matokeo ya taka, na sifa nyingine za kiufundi ambazo zimefanya uchaguzi wa wanasayansi ambao wameendeleza teknolojia ya umeme.

Hitimisho

Tumechunguza kwa undani jinsi semiconductors ni, jinsi wanavyofanya kazi. Upinzani wao ni msingi wa michakato tata ya physicochemical. Na tunaweza kukujulisha kwamba ukweli ulioelezwa katika makala hauelewi kikamilifu ni nini semiconductors, kwa sababu rahisi kwamba hata sayansi haijajifunza maalum ya kazi yao hadi mwisho. Lakini tunajua mali zao za msingi na tabia, ambayo inaruhusu sisi kuitumia katika mazoezi. Kwa hiyo, unaweza kutafuta vifaa vya semiconductor na majaribio nao wenyewe, kuwa makini. Ni nani anayejua, labda mtafiti mkubwa analala ndani yako?