напівпровідники

Фізичний

2022

Ми пояснюємо, що таке електричний напівпровідник, його види, застосування та приклади. Крім того, електропровідні та ізоляційні матеріали.

Найбільш поширеним напівпровідником є ​​кремній.

Що таке напівпровідник?

Напівпровідники - це матеріали, здатні діяти як електричні провідники або як електричні ізолятори, залежно від фізичних умов, в яких вони знаходяться. Ці умови зазвичай включають температура і Тиск, частота радіації або інтенсивності електричне поле або магнітне поле яким піддається матеріал.

Напівпровідники складаються з хімічні елементи дуже різноманітні між собою, які насправді походять з інших регіонів Періодична таблиця, але вони мають певні хімічні властивості (зазвичай вони чотиривалентні), які надають їм особливі електричні властивості. В даний час найбільш широко використовуваним напівпровідником є ​​кремній (Si), особливо в промисловості електроніка і з обчислення.

Поряд з ізоляційними матеріалами напівпровідники були відкриті в 1727 році англійським фізиком і натуралістом Стівеном Греєм (1666-1736), але закони, що описують їх поведінку і властивості, були описані набагато пізніше, в 1821 році, відомим німецьким фізиком Георгом Симоном. (1789-1854).

Напівпровідникові програми

Напівпровідники особливо корисні в електронній промисловості, оскільки вони дозволяють управляти та модулювати електричний струм за необхідними шаблонами. З цієї причини зазвичай вони звикли:

  • Транзистори
  • Інтегральні схеми
  • Електричні діоди
  • Оптичні датчики
  • Твердотільні лазери
  • Модулятори електричного приводу (як електрогітарний підсилювач)

Види напівпровідників

Напівпровідники можуть бути двох різних типів, залежно від їх реакції на фізичне середовище, в якому вони знаходяться:

Власні напівпровідники

Вони складаються з одного типу атоми, влаштований в молекули тетраедричні (тобто чотири атоми з валентністю 4) і їх атоми, з'єднані ковалентні зв'язки.

Така хімічна конфігурація перешкоджає рух вільний від електрони навколо молекули, за винятком підвищення температури: тоді електрони беруть частину Енергія доступні і «стрибають», залишаючи вільний простір, який перекладається як позитивний заряд, який, у свою чергу, притягне нові електрони. Цей процес називається рекомбінацією, а кількість тепла необхідне для цього залежить від хімічного елемента, про який йде мова.

Зовнішні напівпровідники

Ці матеріали допускають процес легування, тобто вони дозволяють включати певний тип домішок до їх атомної конфігурації. Залежно від цих домішок, які можуть бути п'ятивалентними або тривалентними, напівпровідникові матеріали поділяють на два:

  • Зовнішні напівпровідники N-типу (донори). У цих типах матеріалів кількість електронів перевищує кількість дірок або носіїв вільного заряду («простіри» позитивного заряду). Коли до матеріалу прикладена різниця потенціалів, вільні електрони рухаються ліворуч від матеріалу, а дірки – праворуч. Коли дірки досягають крайнього правого краю, електрони із зовнішнього кола потрапляють у напівпровідник, і відбувається передача електричного струму.
  • Зовнішні напівпровідники P-типу (акцептори). У цих матеріалах додана домішка, замість збільшення доступних електронів, збільшує дірки.Таким чином, ми говоримо про доданий акцепторний матеріал, оскільки є більша потреба в електронах, ніж у наявності, і кожен вільний «простір», куди повинен піти електрон, служить для полегшення проходження струму.

Приклади напівпровідникових матеріалів

Напівпровідники служать модуляторами електричної передачі.

Найбільш поширені і використовувані напівпровідники в промисловість є:

  • кремній (Si)
  • Германій (Ge), часто в сплави кремній
  • арсенід галію (GaAs)
  • Сірка
  • Кисень
  • кадмій
  • Селен
  • індійський
  • Інші хімічні матеріали, отримані в результаті поєднання елементів з груп 12 і 13 періодичної таблиці з елементами з груп 16 і 15 відповідно.

Струмопровідні матеріали

На відміну від напівпровідників, властивості електропровідності яких різняться, провідні матеріали завжди готові до передачі електрика, завдяки електронній конфігурації його атомів. Ця провідність може коливатися і певною мірою впливати на фізичний стан навколишнього середовища з моменту електропровідність воно не є абсолютним.

Прикладами струмопровідних матеріалів є переважна більшість метали (залізо, ртуть, мідь, алюміній тощо) та Вода.

Ізоляційні матеріали

І, нарешті, ізоляційні матеріали - це ті, які протистоять провідності електрики, тобто перешкоджають проходженню електрони тому вони корисні, щоб захистити себе від електрики, запобігти її вільному ходу або від короткого замикання. Ізолятори також не ізолюють на сто відсотків ефективно, у них є межа (напруга пробою), вище якої енергія настільки інтенсивна, що вони не можуть підтримувати свій стан як ізолятори і, отже, пропускати електричний струм, принаймні в певній мірі.

Прикладами ізоляційних матеріалів є пластик, кераміка, скло, дерево та папір.

!-- GDPR -->