Halbleiter

Silizium ist der am häufigsten verwendete Halbleiter

Was sind Halbleiter oder Halbleitermaterialien?

Der Halbleiter oder Halbleitermaterialien Dies sind Elemente, die die Funktion von Treibern oder Isolatoren selektiv ausführen, abhängig von den externen Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, wie z. B. Temperatur, Druck, Strahlung und magnetische oder elektrische Felder.

In der Periodenschaft Tabelle 14 sind Halbleiterelemente vorhanden, darunter Silizium, Germanio, Selen, Cadmium, Aluminium, Gallium, Bor, Indianer und Kohlenstoff hervorzuheben. Die Halbleiter sind kristalline Feststoffe mit durchschnittlicher elektrischer Leitfähigkeit, sodass sie als Treiber und Isolator doppelt eingesetzt werden können.

Wenn sie als Leiter verwendet werden, ermöglichen bestimmte Bedingungen unter Bedingungen die Zirkulation des elektrischen Strom. Darüber hinaus haben sie nicht so hohe Leitfähigkeit wie leitfähige Metalle.

Halbleiter werden in elektronischen Anwendungen verwendet, insbesondere für die Herstellung von Komponenten wie Transistoren, Dioden und integrierten Schaltungen. Sie werden auch als Zubehör oder Nahrungsergänzungsmittel von optischen Sensoren wie Festkörperlasern und einigen Stromgeräten für elektrische Stromübertragungssysteme verwendet.

Gegenwärtig wird diese Art von Elementen für technologische Entwicklungen im Bereich der Telekommunikations-, Signalkontroll- und Verarbeitungssysteme sowohl in nationalen als auch in industriellen Anwendungen verwendet.

Arten von Halbleitern

Es gibt verschiedene Arten von Halbleitermaterial.

Intrinsische Halbleiter

Es sind jene Elemente, deren molekulare Struktur aus einer einzigen Atomart besteht. Unter dieser Art von intrinsischen Halbleitern befindet sich Silizium und Germanio.

Die molekulare Struktur der intrinsischen Halbleiter ist tetraedrisch; Das heißt, es hat kovalente Bindungen zwischen vier umliegenden Atomen, wie im Bild unten dargestellt.

Jedes Atom eines intrinsischen Halbleiters hat 4 Valenzelektronen; Das heißt 4 Elektronen, die in der äußersten Schicht jedes Atoms umkreisen. Jedes dieser Elektronen bildet wiederum Glieder zu benachbarten Elektronen.

Auf diese Weise verfügt jedes Atom über 8 Elektronen in seiner oberflächlichsten Schicht, die eine Feststoffvereinigung zwischen Elektronen und Atomen bildet, die das kristalline Netzwerk ausmachen.

Aufgrund dieser Konfiguration bewegen sich die Elektronen nicht einfach innerhalb der Struktur. Somit verhalten sich unter Standardbedingungen intrinsische Halbleiter als Isolator.

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Die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters steigt jedoch, wenn die Temperatur zunimmt, da einige Valenzelektronen Wärmeenergie absorbieren und sich von den Bindungen trennen.

Diese Elektronen werden zu freien Elektronen und können, wenn sie ordnungsgemäß durch eine elektrische Potentialdifferenz gerichtet sind, zur Zirkulation des Stroms innerhalb des kristallinen Netzwerks beitragen.

In diesem Fall springen die freien Elektronen zum Antriebsband und richten sich an den positiven Pol der potenziellen Quelle (z. B. eine Batterie).

Die Bewegung von Valencia -Elektronen induziert ein Vakuum in der molekularen Struktur, was zu einem ähnlichen Effekt führt, der dem System eine positive Belastung erzeugen würde, daher werden sie als positive Lastenträger angesehen.

Dann gibt es einen umgekehrten Effekt, da einige Elektronen vom Antriebsband bis zur Valencia -Schicht fallen können, die in diesem Prozess die Rekombination genannt wird.

Extrinsische Halbleiter

Sie werden durch Einbeziehung von Verunreinigungen in intrinsische Leiter gebildet. Das heißt.

Dieser Prozess wird als Doping bezeichnet und zielt darauf ab, die Leitfähigkeit von Materialien zu erhöhen, um die physikalischen und elektrischen Eigenschaften dieser zu verbessern.

Durch Ersetzen eines intrinsischen Halbleiteratoms durch ein Atom einer anderen Komponente können zwei Arten von extrinsischen Halbleitern erhalten werden, die unten detailliert sind.

Halbleitertyp p

In diesem Fall ist Verunreinigung ein dreifaches Halbleiterelement; Das heißt, mit drei (3) Elektronen in seiner Valenzschicht.

Eindringungselemente innerhalb der Struktur werden als Dopingelemente bezeichnet. Beispiele für diese Elemente für Halbleiter vom Typ P sind Bor (B), Gallium (GA) oder Inder (in).

Der P -Type -Halbleiter hat ein Vakuum in der fehlenden Verbindung, ohne dass ein Valencia -Elektron zur Bildung der vier kovalenten Bindungen eines intrinsischen Halbleiters bildet.

Das obige macht den Durchgang von Elektronen, die nicht zum kristallinen Netzwerk über diesen positiven Frachtträger gehören.

Aufgrund der positiven Belastung der Verbindung der Bindung wird diese Art von Leiter mit dem Buchstaben "P" aufgerufen und folglich als Elektronenakzeptoren erkannt.

Der Elektronenfluss durch die Bindungslöcher erzeugt einen elektrischen Strom, der in die entgegengesetzte Richtung zum Strom zirkuliert, der von freien Elektronen abgeleitet wurde.

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Typ n Halbleiter

Das Intruder -Element in der Konfiguration wird durch Pentavalent -Elemente angegeben. Das heißt, diejenigen, die fünf (5) Elektronen im Valencia -Band haben.

In diesem Fall sind Verunreinigungen, die in den intrinsischen Halbleiter eingebaut sind, Elemente wie Phosphor (P), Antimon (SB) oder Arsen (AS).

Die Dotiermittel haben ein zusätzliches Valencia -Elektron, das sich automatisch frei durch das kristalline Netzwerk bewegen kann.

Hier zirkuliert der elektrische Strom durch das Material dank des Überschusss der freien Elektronen, die der Dopante bereitstellt. Daher gelten Halbleiter vom Typ N als Elektronenspender angesehen.

Eigenschaften von Halbleitern

Die Halbleiter sind durch ihre Doppelfunktionalität, Energieeffizienz, Anwendungsvielfalt und niedrige Kosten gekennzeichnet. Die herausragendsten Merkmale der Halbleiter sind nachstehend aufgeführt:

• Ihre Antwort (Treiber oder Isolierung) kann je nach Empfindlichkeit des Elements gegenüber Beleuchtung, elektrischen Feldern und Magnetfeldern der Umgebung variieren.
• Wenn der Halbleiter einer niedrigen Temperatur ausgesetzt ist, bleiben die Elektronen im Valencia -Band vereint, und daher entstehen freie Elektronen nicht für die Zirkulation des elektrischen Stroms. Wenn der Halbleiter hoher Temperaturen ausgesetzt ist.
• Die Leitfähigkeit der Halbleiter variiert je nach Anteil der Verunreinigungen oder Dopingelemente innerhalb eines intrinsischen Halbleiters. Wenn beispielsweise 10 Boratome in einer Million Siliziumatomen enthalten sind, erhöht dieser Anteil die Leitfähigkeit der Verbindung tausendmal im Vergleich zur Leitfähigkeit des Siliziums in einem reinen Zustand.
• Die Leitfähigkeit der Halbleiter variiert in einem Intervall zwischen 1 und 10^-6 S.cm^-1, Abhängig von der Art des verwendeten chemischen Elements.
• Zusammengesetzte oder extrinsische Halbleiter können optische und elektrische Eigenschaften erheblich höher sind als die Eigenschaften von intrinsischen Halbleitern. Ein Beispiel dieses Aspekt.

Halbleiteranwendungen

Haushaltsgeräte

Die Halbleiter sind in elektronischen Geräten vorhanden, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, als braune Line -Geräte wie Fernseher, Videostiere und Klangausrüstung. Computer und Handys.

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Elektronik

Die Halbleiter werden häufig als Rohstoff bei der Zusammenstellung elektronischer Elemente verwendet, die Teil unseres täglichen Lebens sind, wie z. B. integrierte Schaltungen.

Eines der Hauptelemente eines integrierten Schaltkreises sind Transistoren. Diese Geräte erfüllen die Funktion der Bereitstellung eines Ausgangssignals (oszillatorisch, amplifiziert oder behoben) gemäß einem bestimmten Eingangssignal.

Elektronische Schaltkreisdioden

Darüber hinaus sind Halbleiter auch das Hauptmaterial der in elektronischen Schaltungen verwendeten Dioden, um den Durchgang des elektrischen Stroms in gewisser Weise zu ermöglichen.

Für das Dioodes -Design werden Gum of Extrinsic Semiconductors Typ P und Typ n gebildet. Bei Wechselträger und Elektronendonoren wird ein Gleichgewichtsmechanismus zwischen beiden Bereichen aktiviert.

So werden die Elektronen und die Löcher beider Bereiche integriert und bei Bedarf ergänzt. Dies geschieht auf zwei Arten:

• Die Übertragung von Elektronen der N -Zone vom Typ Z tritt auf. Die n Zone N erhält eine überwiegend positive Lastzone.
• Ein Schritt von Elektronenträgern von der P -Zone P in die Zone vom Typ n wird vorgestellt. Die P -Zone erhält eine überwiegend negative Belastung.

Schließlich ist ein elektrisches Feld bestehen, das in gewissem Sinne die Zirkulation des Stroms induziert; das heißt, von Zone N bis Zone P.

Andere Geräte

Darüber hinaus bei Verwendung von Kombinationen von intrinsischen und extrinsischen Halbleitern.

Diese Art von Anwendungen gilt in integrierten Schaltungen wie Mikroprozessivchips, die eine beträchtliche Menge an Strom abdecken.

Beispiele für Halbleiter

Silizium

Der am häufigsten verwendete Halbleiter in der elektronischen Industrie ist Silicium (SI). Dieses Material ist in den Geräten vorhanden, aus denen die integrierten Schaltungen ausmachen, die Teil unseres Tages sind.

Deutsch- und Siliziumlegierungen

Legierungen von Germanio und Silicio (SIGE) werden in integrierten Kreisläufen mit hohen Geschwindigkeiten für Radare und elektrische Instrumentenverstärker wie Elektrogitarren verwendet.

Gallium Arseniuro

Ein weiteres Beispiel für Halbleiter ist Gallium Arseniuro (GAAs), der in Signalverstärkern, insbesondere hohe Verstärkung und niedrigen Rauschsignalen, häufig verwendet wird.