polprevodniki

Fizično

2022

Pojasnimo, kaj je električni polprevodnik, njegove vrste, aplikacije in primere. Poleg tega prevodni in izolacijski materiali.

Najbolj razširjen polprevodnik je silicij.

Kaj je polprevodnik?

Polprevodniki so materiali, ki lahko delujejo kot električni prevodniki ali kot električni izolatorji, odvisno od fizičnih pogojev, v katerih se nahajajo. Ti pogoji običajno vključujejo temperaturo in Pritisk, pojavnost sevanja ali intenzitete električno polje oz magnetno polje kateremu je material izpostavljen.

Polprevodniki so sestavljeni iz kemični elementi zelo raznoliki med seboj, ki dejansko prihajajo iz drugih regij Periodični sistem, vendar imajo skupne nekatere kemične lastnosti (na splošno so štirivalentne), ki jim dajejo posebne električne lastnosti. Trenutno je najbolj razširjen polprevodnik silicij (Si), zlasti v industriji elektronika in od računalništvo.

Poleg izolacijskih materialov je polprevodnike leta 1727 odkril angleški fizik in naravoslovec Stephen Gray (1666-1736), vendar je zakone, ki opisujejo njihovo obnašanje in lastnosti, veliko kasneje, leta 1821, opisal slavni nemški fizik Georg Simon. (1789-1854).

Polprevodniške aplikacije

Polprevodniki so še posebej uporabni v elektronski industriji, saj omogočajo vožnjo in modulacijo električni tok po potrebnih vzorcih. Zaradi tega je običajno, da so navajeni:

  • Tranzistorji
  • Integrirana vezja
  • Električne diode
  • Optični senzorji
  • Polprevodniški laserji
  • Modulatorji električnega pogona (kot električni kitarski ojačevalnik)

Vrste polprevodnikov

Polprevodniki so lahko dveh različnih vrst, odvisno od njihovega odziva na fizično okolje, v katerem so:

Intrinzični polprevodniki

Sestavljeni so iz ene vrste atomi, urejen v molekule tetraedrski (to je štirje atomi z valenco 4) in njihovi atomi, združeni z kovalentne vezi.

Ta kemična konfiguracija preprečuje premikanje brezplačno od elektronov okoli molekule, razen povečanja temperature: takrat elektroni prevzamejo del Energija na voljo in "skoči", tako da ostane prosti prostor, ki je preveden kot pozitiven naboj, ki bo pritegnil nove elektrone. Ta proces se imenuje rekombinacija in količina toplote za to je potrebno odvisno od zadevnega kemičnega elementa.

Zunanji polprevodniki

Ti materiali omogočajo proces dopinga, to pomeni, da omogočajo vključitev nekaterih vrst nečistoč v njihovo atomsko konfiguracijo. Glede na te nečistoče, ki so lahko petvalentne ali trivalentne, se polprevodniški materiali delijo na dva:

  • Ekstrinzični polprevodniki tipa N (donorji). V teh vrstah materialov je število elektronov več kot število lukenj ali nosilcev prostega naboja ("prostori" pozitivnega naboja). Ko se na material uporabi potencialna razlika, se prosti elektroni premaknejo levo od materiala, luknje pa nato v desno. Ko luknje dosežejo skrajno desno, elektroni iz zunanjega vezja vstopijo v polprevodnik in pride do prenosa električnega toka.
  • Zunanji polprevodniki tipa P (akceptorji). V teh materialih dodana nečistoča namesto povečanja razpoložljivih elektronov poveča luknje.Tako govorimo o dodanem akceptorskem materialu, saj je povpraševanje po elektronih večje kot po razpoložljivosti in služi vsak prosti »prostor«, kamor naj gre elektron. za lažji prehod toka.

Primeri polprevodniških materialov

Polprevodniki služijo kot modulatorji električnega prenosa.

Najpogostejši in uporabljeni polprevodniki v industrijo so:

  • silicij (Si)
  • Germanij (Ge), pogosto v zlitine silicij
  • Galijev arzenid (GaAs)
  • žveplo
  • Kisik
  • kadmij
  • Selen
  • indijski
  • Drugi kemični materiali, ki izhajajo iz kombinacije elementov iz skupin 12 in 13 periodnega sistema z elementi iz skupin 16 oziroma 15.

Prevodni materiali

Za razliko od polprevodnikov, katerih lastnosti električne prevodnosti se razlikujejo, so prevodni materiali vedno pripravljeni na prenos elektrika, zaradi elektronske konfiguracije njegovih atomov. Ta prevodnost lahko niha in nanjo do neke mere vpliva fizično stanje okolja od električna prevodnost ni absolutno.

Primeri prevodnih materialov so velika večina kovine (železo, živo srebro, baker, aluminij itd.) in Voda.

Izolacijski materiali

Končno, izolacijski materiali so tisti, ki se upirajo prevodnosti električne energije, torej preprečujejo prehod elektronov in so zato koristni, da se zaščitijo pred elektriko, da preprečijo njen prosti tek ali kratek stik. Izolatorji tudi ne izolirajo stoodstotno učinkovito, imajo mejo (razpadno napetost), nad katero je energija tako intenzivna, da ne morejo vzdrževati svojega stanja kot izolatorji in zato vsaj v določeni meri prenašajo električni tok.

Primeri izolacijskih materialov so plastike, keramika, steklo, les in papir.

!-- GDPR -->