Типы, применение и примеры полупроводников

Полупроводники

Кремний является наиболее широко используемым полупроводником

Что такое полупроводники или полупроводниковые материалы?

Полупроводники или полупроводниковые материалы-это элементы, которые выполняют функцию проводников или изоляторов избирательно, в зависимости от внешних условий, которым они подвергаются, таких как температура, давление, излучение и магнитные или электрические поля.
В периодической таблице присутствуют 14 полупроводниковых элементов, среди которых выделяются кремний, германий, селен, кадмий, алюминий, галлий, бор, Индия и углерод. Полупроводники представляют собой кристаллические твердые вещества со средней электропроводностью, поэтому их можно использовать в качестве проводника и изолятора.
Если они используются в качестве проводников, при определенных условиях они допускают циркуляцию электрического тока, но только в одном направлении. Кроме того, они не имеют такой высокой проводимости, как проводящие металлы.
Полупроводники используются в электронных приложениях, особенно для изготовления компонентов, таких как транзисторы, диоды и интегральные схемы. Они также используются в качестве аксессуаров или дополнений к оптическим датчикам, таким как твердотельные лазерыи некоторые силовые устройства для систем передачи электроэнергии.
В настоящее время этот тип элементов используется для технологических разработок в области телекоммуникаций, систем управления и обработки сигналов, как в домашних, так и в промышленных приложениях.

Типы полупроводников

Существуют различные типы полупроводниковых материалов, в зависимости от примесей, которые они представляют, и их физической реакции на различные раздражители окружающей среды.

Внутренние полупроводники

Это те элементы, молекулярная структура которых состоит из одного типа атома. Среди этих типов внутренних полупроводников-кремний и германий.
Молекулярная структура собственных полупроводников является тетраэдрической; то есть он имеет ковалентные связи между четырьмя окружающими атомами, как показано на рисунке ниже.

Каждый атом собственного полупроводника имеет 4 валентных электрона; то есть 4 электрона, вращающихся вокруг самой внешней оболочки каждого атома. В свою очередь, каждый из этих электронов образует связи с соседними электронами.
Таким образом, каждый атом имеет 8 электронов в своем самом поверхностном слое, что образует прочную связь между электронами и атомами, составляющими кристаллическую решетку.
Из-за этой конфигурации электроны не легко перемещаются внутри структуры. Таким образом, в стандартных условиях внутренние полупроводники ведут себя как изолятор.
Тем не менее, внутренняя проводимость полупроводника увеличивается всякий раз, когда температура увеличивается, поскольку некоторые валентные электроны поглощают тепловую энергию и отделяются от связей.
Эти электроны превращаются в свободные электроны и, если они правильно направлены разностью электрических потенциалов, могут способствовать циркуляции тока внутри кристаллической решетки.
В этом случае свободные электроны прыгают в зону проводимости и направляются к положительному полюсу источника потенциала (например, стек).
Движение валентных электронов вызывает вакуум в молекулярной структуре, что приводит к эффекту, аналогичному эффекту положительного заряда в системе, поэтому они рассматриваются как носители положительного заряда.
Затем возникает обратный эффект, так как некоторые электроны могут падать из зоны проводимости в валентную оболочку, высвобождая энергию в процессе, который называется рекомбинацией.

Внешние полупроводники

Они формируются путем включения примесей в внутренние проводники; то есть путем включения трехвалентных или пятивалентных элементов.
Этот процесс известен как легирование и направлен на повышение проводимости материалов для улучшения их физических и электрических свойств.
Заменив внутренний атом полупроводника атомом другого компонента, можно получить два типа внешних полупроводников, которые подробно описаны ниже.

Полупроводниковый тип P

В этом случае примесь является трехвалентным полупроводниковым элементом; то есть с тремя (3) электронами в его валентной оболочке.
Вторгающиеся элементы внутри структуры называются легирующими элементами. Примерами этих элементов для полупроводников P-типа являются бор (B), галлий (Ga) или Индий (In).
Не имея валентного электрона для образования четырех ковалентных связей собственного полупроводника, полупроводник P-типа имеет вакуум в отсутствующей связи.

Вышеизложенное способствует прохождению электронов, не относящихся к кристаллической решетке, через эту пустоту, несущую положительный заряд.
Из-за положительного заряда зазора связи Этот тип проводников называется буквой “P” и, следовательно, распознается как акцепторы электронов.
Поток электронов через зазоры связи создает электрический ток, который циркулирует против разряда свободных электронов.

Semiconductor tipo N

Вторгающийся элемент в конфигурации задается пятивалентными элементами; то есть те, которые имеют пять (5) электронов в валентной зоне.
В этом случае примесями, которые включены в собственный полупроводник, являются такие элементы, как фосфор (P), сурьма (Sb) или мышьяк (As).
Легирующие примеси имеют дополнительный валентный электрон, который, не имея ковалентной связи для связывания, автоматически становится свободным для перемещения через кристаллическую решетку.

ЗДЕСЬ Электрический ток циркулирует через материал благодаря избытку свободных электронов, обеспечиваемых легирующей примесью. Поэтому полупроводники N-типа считаются донорами электронов.