Yarıiletkenler nedir? Yarı iletken direnç

Yarıiletken malzeme nedir? Özellikleri nelerdir? Yarıiletkenlerin fiziği nedir? Nasıl inşa edilirler? Yarıiletkenlerin iletkenliği nedir? Sahip oldukları fiziksel göstergelere ne var?

Yarıiletkenler ne denir?

Bu nedenle metal iletken olmayan elektrik üreten kristal malzemelerini de belirtin. Fakat yine de bu gösterge yalıtkanlardan daha iyidir. Bu özellikler, mobil taşıyıcıların sayısından kaynaklanmaktadır. Eğer genel olarak düşünürsek, çekirdeğe güçlü bir bağlılık olur. Ancak, elektron fazlalığı olan birkaç atom, örneğin antimon iletkene dahil edildiğinde, bu konum düzeltilir. İndiyum kullanıldığında, pozitif yüklü elementler elde edilir. Tüm bu özellikler transistörlerde yaygın olarak kullanılır - yalnızca bir yönde güç akışı sağlayabilen, bloke eden veya ileten özel cihazlar. Bir NPN tipi elemanı göz önüne alırsak, zayıf sinyallerin iletilmesinde özellikle önemli olan önemli bir yükseltme rolüne dikkat edebiliriz.

Elektrik yarı iletkenlerinin yapıcı özellikleri

İletkenlerin birçok serbest elektronları vardır. Yalıtkanlarda pratik olarak hiçbir şey yoktur. Yarı iletkenler ayrıca, serbest elektronların belirli bir sayısını ve boşaltılmış parçacıkları kabul etmeye hazır olan pozitif yüklü boşlukları içerir. Ve en önemlisi - hepsi elektrik akımı yapıyor. Daha önce düşünüldüğünde NPN transistör tipi tek bir olası yarı iletken unsur değildir. Yani PNP transistörleri yanı sıra diyotlar da var.

Sonuncusu hakkında kısaca bahsetmek, sinyalleri sadece bir yönde iletebilecek bir unsurdur. Ayrıca, diyot bir değişen akımı sabit olana çevirebilir. Böyle bir dönüşümün mekanizması nedir? Ve neden sadece tek yönde ilerliyor? Akımın nereden geldiğine bağlı olarak, elektronlar ve ihmaller ayrılabilir veya yarı yarıya buluşabilir. Birinci örnekte, mesafedeki artış nedeniyle arz arzı kesildi ve bu nedenle negatif voltaj taşıyıcılarının aktarımı yalnızca bir yönde gerçekleştirildi, yani yarıiletkenlerin iletkenliği tek taraflı. Sonuçta, akım, yalnızca kurucu parçacıklar yakınsa iletilebilir. Ve bu yalnızca bir taraftan güç sağlandığında mümkündür. Bu tür yarı iletkenler var ve şu an kullanımda.

Bölge yapısı

İletkenlerin elektriksel ve optik özellikleri, elektronlar enerji seviyelerini doldurduklarında yasak bir bant ile olası durumlardan ayrıldıkları gerçeğidir. Özellikleri nelerdir? Aslında, yasak bölgede enerji seviyesinin bulunmaması. Saf olmayan ve yapısal kusurların yardımıyla bu durum değiştirilebilir. En yüksek tamamen doldurulmuş bölgeye değerlik grubu denir. Sonra çözülmüş, ancak boş takip eder. Buna iletim bandı denir. Yarıiletkenlerin fiziği oldukça ilginç bir konudur ve makale çerçevesinde iyi ele alınacaktır.

Elektronların durumu

Bunun için, izin verilen band sayısı ve quasimomentum gibi kavramlar kullanılır. Birinci yapı dağılma yasası ile belirlenir. Enerji'nin quasimomentum üzerine bağımlılığının onu etkilediğini söylüyor. Bu durumda, değerlik bandı elektronlarla (yarıiletkenlerde yük taşıyan) dolaysa, o zaman temel bir heyecan olmadığını söylüyorlar. Herhangi bir nedenle herhangi bir parçacık yoksa, pozitif yüklü bir quasiparticle - bir geçiş veya bir delik olduğu anlamına gelir. Bunlar, değerlik bandındaki yarıiletkenlerde yük taşıyıcılarıdır.

Yozlaşmış bölgeler

Tipik bir iletkendeki değerlik bandı altı kat daha dejenere olur. Bu, spin-yörünge etkileşimini hesaba katmadan ve sadece quasimomentum sıfır olduğunda. Aynı şartlar altında iki veya dört kez dejenere bölgelere bölünebilir. Aralarındaki enerji mesafesine spin-yörünge bölme enerjisi denir.

Yarı İletkenlerde Safsızlık ve Kusurlar

Elektriksel olarak pasif veya aktif olabilirler. Bunların kullanılması yarı iletkenlerde bir artı veya eksi yük elde etmeyi mümkün kılar; bu, valans bandında bir delik veya iletken bölgede bir elektronun görünümü ile telafi edilebilir. Aktif olmayan yabancı maddeler nötrdür ve elektronik özellikleri üzerinde nispeten az etkisi vardır. Ve çoğunlukla, yükün transferinde ve kristal kafesinin yapısında yer alan atomların atomda ne olduğu önemli olabilir .

Kirliliklerin türüne ve miktarına bağlı olarak, deliklerin sayısı ve elektron sayısı arasındaki oran değişebilir. Bu nedenle, istenen sonucu elde etmek için yarı iletken malzemeler mutlaka dikkatle seçilmelidir. Bunun öncesinde çok sayıda hesaplama ve sonraki denemeler var. En çok ana taşıyıcı olarak adlandırılan parçacıklar temel değildir.

Yarı iletkenlere dozajlı yabancı madde girişi, gerekli özelliklere sahip cihazların elde edilmesini sağlar. Yarıiletkenlerde oluşan arızalar aktif olmayan veya aktif bir elektrik durumundadır. Burada önemli olan yer değiştirme, interstisyel atom ve boşluktur. Sıvı ve kristal olmayan iletkenler, kristal iletkenlerden çok yabancı maddelere tepki verirler. Sert bir yapının olmaması sonuçta yer değiştirmiş atomun başka bir valans aldığı gerçeğine neden olur. Başlangıçta bağlantılarını doyurduğu şeyten farklı olacaktır. Atom, bir elektron vermek ya da eklemek için kârsız olur. Bu durumda, devre dışı kalır ve bu nedenle saf olmayan yarıiletkenlerin başarısızlık olasılığı yüksektir. Bu, doping ile iletkenlik türünü değiştiremeyeceği ve örneğin bir pn jonksiyonu oluşturabileceği gerçeğine yol açar.

Bazı amorf yarıiletkenler, doping etkisi altında elektronik özelliklerini değiştirebilir. Fakat bunlar, kristalize olanlardan çok daha az geçerlidir. Amorf unsurların alaşım haline duyarlılığı işlenerek arttırılabilir. Sonunda şunu belirtmek isterim ki, uzun ve zorlu iş emerinden dolayı yarıiletkenler halen iyi özelliklere sahip birkaç sonuç ile temsil edilmektedir.

Yarı iletkenlerde elektron istatistikleri

Termodinamik denge olduğu zaman, delik ve elektronların sayısı sadece sıcaklığa, bant yapısının parametrelerine ve elektriksel olarak aktif yabancı maddelerin konsantrasyonuna göre belirlenir. Oran hesaplandığında, parçacıkların bir kısmının iletim bandında (alıcı veya verici seviyesinde) olacağı varsayılmaktadır. Aynı zamanda bir bölümün valent toprağı terk edebileceği gerçeğini de dikkate alır ve boşluklar vardır.

Elektriksel İletkenlik

Yarı iletkenlerde, elektronlara ilaveten, iyonlar yük taşıyıcı olarak da görev yapabilir. Fakat çoğu durumda elektriksel iletkenlikleri önemsizdir. İstisna olarak yalnızca iyonik süper iletkenler gösterilebilir. Yarı iletkenlerde üç ana elektronik aktarma mekanizması vardır:

1. Ana bölge bölgesi. Bu durumda elektron, izin verilen bir alan içindeki enerjisinde bir değişiklik olması nedeniyle harekete geçer.
2. Yerelleştirilmiş devletler üzerinden transfer atlamalı.
3. Polaron.

exciton

Bir delik ve bir elektron bağlı bir devlet oluşturabilir. Buna Wannier-Mott eksitoryası denir. Bu durumda emilim kenarına karşılık gelen foton enerjisi bağ değerinin boyutuna göre azalır. Yeterli ışık şiddeti ile , yarıiletkenlerde önemli miktarda eksiton oluşabilir. Konsantrasyonu arttıkça yoğuşma meydana gelir ve bir elektron delikli sıvı oluşur.

Yarıiletken yüzeyi

Bu sözcükler, aygıtın sınırının yakınında bulunan birkaç atomik katmanı gösterir. Yüzey özellikleri toplu olanlardan farklıdır. Bu katmanların varlığı kristalin translasyonel simetrisini bozar. Bu, sözde yüzey halleri ve polaritonlara yol açar. Sonuncu konuyu geliştirirken, spin ve titreşim dalgaları hakkında da bilgi vermeliyiz. Kimyasal aktivitesi yüzeyi çevreden adsorbe edilen yabancı moleküllerin veya atomların mikroskopik bir tabakası ile kaplıdır. Bu atom katmanlarının özelliklerini belirlerler. Neyse ki, yarı iletken elemanların üretildiği ultra yüksek vakum teknolojisinin oluşturulması, ürünlerin kalitesini olumlu şekilde etkileyen birkaç saat boyunca temiz bir yüzey elde etmemize ve muhafaza etmemize izin verir.

Yarı İletken. Sıcaklık direnci etkiler

Metallerin sıcaklığı arttıkça direnci de artar. Yarıiletkenlerle tersi doğrudur - aynı koşullar altında bu parametre azalacaktır. Buradaki nokta, herhangi bir malzemenin elektrik iletkenliğinin (ve bu karakteristiğin dirençle ters orantılı olması), mevcut taşıyıcıların yüküne, elektrik alanındaki hareketlerinin hızına ve bir birim malzeme hacmindeki sayılarına bağlı olmasıdır.

Yarı iletken elemanlarda sıcaklık arttıkça parçacıkların konsantrasyonu artar, bu nedenle termal iletkenlik artar ve direnç azalır. Basit bir genç fizik setine ve gerekli materyale sahipseniz bunu kontrol edebilirsiniz - silikon veya germanyum, onlardan yapılmış bir yarı iletken de alabilirsin. Sıcaklığı arttırmak, direncini azaltacaktır. Bunun için emin olmak için, tüm değişiklikleri görmenizi sağlayacak ölçüm cihazlarıyla birlikte stoklamanız gerekir. Bu genel durumda. Birkaç özel seçeneğe göz atalım.

Direnç ve elektrostatik iyonlaşma

Bunun nedeni, çok dar bir bariyerden geçen elektronların tünel oluşumudur ve bu, yaklaşık bir yüz mikron mikrometredir. Enerji bölgelerinin kenarları arasında bulunur. Görünümü ancak enerji bantları eğildiğinde mümkündür ve bu elektrik bandı güçlü bir elektrik alanının etkisi altında gerçekleşir. Tünel oluştuğunda (ki bu bir kuantum-mekanik etki), elektronlar dar potansiyel bir bariyerden geçer ve enerjileri değişmez. Bu, hem iletkenlik hem de değerlik bantlarında yük taşıyıcıların konsantrasyonunda bir artışa neden olur. Elektrostatik iyonlaşma sürecini geliştirirsek, yarıiletken bir tünel parçalanabilir. Bu işlem sırasında yarıiletkenlerin direnci değişecektir. Geri döndürülebilir ve elektrik alanı kapatıldıktan sonra tüm işlemler geri yüklenecektir.

Direnç ve darbeli iyonlaşma

Bu durumda, güçlü elektrik alanının etkisi altındaki ortalama serbest yol, atomların iyonizasyonuna ve kovalent bağlardan birinin (ana atom veya kirlilik) kopmasına neden olan değerlere ulaştığı sürece, delikler ve elektronlar hızlandırılır. Şok iyonizasyonu çığ gibi olur ve yük taşıyıcıları çığda çoğalır. Bu durumda, yeni oluşturulan delikler ve elektronlar elektrik akımı ile hızlandırılır. Nihai sonuçtaki akım değeri, yolun bir segmentinde yük taşıyıcı tarafından oluşturulan elektron-delik çiftlerinin sayısına eşit darbe iyonlaştırma katsayısı ile çarpılır. Bu prosesin gelişmesi sonunda yarıiletken çığının parçalanmasına neden olur. Yarıiletkenlerin direnci de değişir, ancak tünelin bozulması durumunda olduğu gibi geri döndürülebilir.

Uygulamada yarıiletkenlerin uygulanması

Bu unsurların özel önemi bilgisayar teknolojisinde belirtilmelidir. Bir nesnenin kendi kullanımı ile bağımsız bir şekilde bir araya getirilmesi arzusu değilse, yarıiletkenlerin ne oldukları konusuyla ilgilenmeyeceğiniz konusunda hiç şüphemiz yok. Modern buzdolaplarının, televizyonların ve yarı iletkensiz bilgisayar monitörlerinin çalışmalarını hayal etmek imkansızdır. Onlar olmadan ve gelişmiş otomobil gelişiminde değil. Ayrıca havacılık mühendisliğinde de kullanılırlar. Hangi yarıiletkenlerin, ne kadar önemli olduklarını anlıyor musun? Tabii ki, bunların uygarlık için değiştirilemez unsurlar olduğunu söyleyemeyiz, ancak bunlar da göz ardı edilmemelidir.

Yarıiletkenlerin pratikte kullanımı, hangi malzemelerin yapıldığı malzemelerin yaygınlığı ve istenen sonucu elde etme ve elde etme kolaylığı gibi çeşitli faktörlerden ve elektronik teknolojiyi geliştiren bilim insanlarının seçimini yapmış diğer teknik özelliklerden kaynaklanmaktadır.

Sonuç

Yarıiletkenlerin ne olduğunu, nasıl çalıştıklarını ayrıntılı olarak inceledik. Onların direnci karmaşık fizikokimyasal süreçlere dayanmaktadır. Ayrıca, makalede açıklanan olguların, yarıiletkenlerin tam olarak ne olduğunu tam olarak anlamadığı konusunda sizi bilgilendirebiliriz, çünkü bilim basit bir şekilde çalışmalarının özelliklerini sonuna kadar incelememiştir. Fakat temel özelliklerini ve özelliklerini biliyoruz ve bunları pratikte uygulamamıza izin veriyoruz. Bu nedenle, yarı iletken malzemeleri arayabilir ve dikkatli olmak için kendiniz deneyleyebilirsiniz. Kim bilir, belki büyük bir araştırmacı senin içinde uyukluyor?