Conto semikonduktor. Jinis, situs, aplikasi praktis

Ingkang paling misuwur iku silicon semikonduktor (Si). Nanging loro saka wong, ana akeh liyane. Conto alam, bahan semikonduktor kayata blende (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PBS) lan akeh liyane. Kulawarga saka semikonduktor, kalebu semikonduktor disiapake ing Laboratorium, nggantosi siji saka kelas paling warna bahan dikenal kanggo wong.

Watak saka semikonduktor

Saka 104 unsur ing tabel périodik sing logam 79, 25 - nonlogam saka kang 13 unsur kimia ugi situs semiconducting lan 12 - dielektrik. fitur semikonduktor utama kasusun ing doyo mundhak Ngartekno karo nambah suhu. Ing kurang Suhu, padha nindakake kaya insulators, lan ing dhuwur - minangka konduktor. semikonduktor Iki beda saka logam: resistance logam mundhak proportionally menyang Tambah ing suhu.

Liyane prabédan saka logam semikonduktor iku resistance saka semikonduktor sudo ing pangaribawa cahya, nalika ing terakhir logam ora kena pengaruh. Uga konduktivitas semikonduktor saka beda-beda gumantung nalika diterbitake kanggo jumlah suntingan saka kotor.

Semikonduktor sing ditemokaké ing antarane senyawa kimia karo struktur kristal beda. Iki uga unsur kayata Silicon lan selenium, utawa senyawa pindho kayata gallium arsenida. Akeh senyawa organik, kayata polyacetylene, (CH) _n, - bahan semikonduktor. semikonduktor tartamtu ngetokne Magnetik (Cd _1-x Mn _x Te) utawa situs ferroelectric (SbSI). Liyane alloying karo dadi superkonduktor cekap (Gete lan SrTiO _3). Akeh superkonduktor-suhu dhuwur sing mentas ditemokake duwe phase metallic semiconducting. Contone, La ₂ CuO ₄ minangka semikonduktor, nanging tatanan saka logam campuran karo Sr dadi sverhrovodnikom (La _1-x Sr _{x) 2} CuO _4.

buku-buku fisika menehi definisi minangka materi semikonduktor karo resistivity elektrik saka 10 ^-4 10 ⁷ ohms · m. Mbok definisi alternatif. Ambane saka band pareng saka semikonduktor ing - saka 0 kanggo 3 eV. Metals lan semimetals - materi karo longkangan energi nul, lan zat kang amargi W eV disebut insulators. Ana seng. Contone, mirah semikonduktor wis sudhut pareng zona 6 eV, semi-insulating GaAs - 1,5 eV. Gan, materi kanggo piranti optoelectronic ing wilayah biru, kagungan jembar band pareng 3,5 eV.

longkangan energi

Valence orbitals atom ing pola kristal sing dipérang dadi rong kelompok tingkat energi - zona free, dumunung ing tingkat paling dhuwur, lan nemtokake konduktivitas listrik saka semikonduktor, lan band valence, ing ngisor iki. Iki tingkat, gumantung ing simetri struktur kisi kristal lan atom bisa simpangan utawa diwenehi jarak saka saben liyane. Ing kasus kaping kalih ana longkangan energi, utawa ing tembung liyane, antarane zona band ingkang boten pareng.

Lokasi lan tingkat Isi ditemtokake dening sifat konduktif saka materi. Miturut inti fitur iki dibagi dening konduktor, insulators, lan semikonduktor. Ambane saka band pareng saka semikonduktor beda-beda gumantung 0.01-3 eV, longkangan energi saka dielektrik saka 3 eV. Metals amarga sejajar tingkat kesenjangan energi sing ora.

Semikonduktor lan insulators, ing kontras kanggo logam, ing elektron sing kapenuhan band valence lan zona free cedhak, utawa band konduksi, energi valence wis fenced mati saka pecah - bagean tenogo pareng elektron.

Ing dielectrics energi termal utawa lapangan elektrik dijarno ora cukup kanggo nggawe Langsung liwat longkangan iki, ing elektron sing ora tundhuk ing band konduksi. Padha ora kanggo pindhah ing pola kristal lan dadi pelaku usaha saka arus listrik.

Energize konduktivitas listrik, elektron ing tingkat valence kudu diwenehi energi, kang bakal cukup kanggo ngatasi longkangan energi. Mung nalika jumlah panyerepan energi ora cilik saka angka ing longkangan energi, bakal pass saka tingkat elektron valence ing tingkat konduksi.

Ing kasus-kasus iku, yen jembaré saka longkangan energi ngluwihi 4 eV, doyo semikonduktor mepe penambah gairah utawa panas iku sakbenere mokal - energi penambah gairah saka elektron ing suhu leleh ora cekap kanggo mlumpat ing longkangan energi liwat zona. Nalika digawe panas, Crystal lakes sadurunge konduktivitas elektronik. bahan kimia kuwi kalebu quartz (de = 5,2 eV), mirah (de = 5,1 eV), akeh uyah.

Extrinsic lan intrinsik doyo semikonduktor

kristal semikonduktor Net duwe doyo intrinsik. semikonduktor kuwi jeneng sing tepat. semikonduktor intrinsik ngandhut nomer witjaksono bolongan lan elektron bebas. Nalika dadi panas doyo intrinsik semikonduktor mundhak. Ing suhu pancet, ana kawontenan jumlah keseimbangn dinamis pasangan elektron-bolongan kui lan nomer recombining elektron lan bolongan, kang tetep pancet ing kahanan iki.

Ing ngarsane kang impurities Ngartekno mengaruhi konduktivitas listrik saka semikonduktor. Nambah ngidini nemen nambah nomer elektron bebas ing nomer cilik bolongan lan nambah nomer bolongan kanthi nomer cilik elektron ing tingkat konduksi. semikonduktor kotor - conductors gadhah konduktivitas kotor.

Impurities sing gampil maringi elektron sing disebut donor. impurities Donor uga unsur kimia karo atom, ing tingkat valence kang ngandhut luwih elektron saka atom bahan dasar. Contone, fosfor lan bismuth - a impurities Silicon donor.

Energi kang dibutuhake kanggo mlumpat saka elektron ing wilayah konduksi, punika kasebut angsal energi aktivasi. Kotor semikonduktor perlu akèh sing kurang saka iku saka bahan dasar. Kanthi panas tipis utawa cahya akehe dibebaske elektron atom saka semikonduktor kotor. Panggonan kiwa atom njupuk bolongan elektron. Nanging gabungan ulang bolongan elektron ora njupuk Panggonan. doyo bolongan donor iku dijarno. Iki amarga jumlah cilik atom kotor ora ngidini elektron bebas asring nyedhaki bolongan lan terus. Elektron sawetara bolongan, nanging ora bisa isi amarga tingkat energi boten cecek.

A aditif donor kotor tipis saperangan pesenan nambahi nomer elektron konduksi ing comparison karo nomer elektron bebas ing semikonduktor intrinsik. Elektron kene - pelaku usaha utama biaya atom semikonduktor saka kotor. bahan kimia iki kagungane n-jinis semikonduktor.

Impurities sing duwé ikatan elektron saka semikonduktor ing, nambah nomer bolongan iku, disebut nampa. impurities nampa unsur kimia kanthi nomer cilik saka elektron ing tingkat valence saka dasar semikonduktor ing. Boron, gallium, indium - nampa kotor ing Silicon.

Ciri semikonduktor sing gumantung ing cacat struktur kristal sawijining. Iki bakal nimbulaké pendjalok akeh kristal banget murni. Paramèter saka konduksi semikonduktor kontrol dening Kajaba saka dopants. kristal Silicon doping karo fosfor (V unsur Dipituturaké) kang donor kanggo nggawe Silicon Crystal n-jinis. Kanggo Crystal karo boron nampa p-jinis Silicon diterbitake. Semikonduktor menehi ganti rugi tingkat Fermi kanggo pindhah menyang tengah longkangan band digawe ing proses iki.

semikonduktor siji-unsur

Semikonduktor paling umum, mesthi, Silicon. Bareng karo Jerman, piyambakipun satunggaling prototipe saking kelas gedhe saka semikonduktor sing duwe struktur kristal padha.

Struktur kristal Si lan Ge sing padha kaya mirah lan α-timah. Iku saubengé saben atom 4 atom paling cedhak kang mbentuk tetrahedron a. sesambungan kuwi diarani kaping papat. Kristal tetradricheskoy jaminan basa baja kanggo industri electronics lan muter peran tombol ing teknologi modern. Sawetara unsur V lan VI saka klompok meja mesti uga semikonduktor. Conto iki jinis semikonduktor - fosfor (P), belerang (S), selenium (Se) lan tellurium (Te). semikonduktor iki uga atom telung (P), disubstituted (S, Se, Te) utawa sesambungan papat-melu. Akibaté unsur kuwi bisa ana ing saperangan struktur kristal beda, lan uga disiapake ing wangun kaca. Contone, yen thukul ing struktur kristal pénguapan lan trigonal utawa minangka jendhela (kang uga bisa dianggep minangka polimer sing).

- Diamond wis banget termal doyo, mechanical lan optik banget, kekuatan mechanical dhuwur. Ambane saka longkangan energi - de = 5,47 eV.

- Silicon - semikonduktor digunakna solar sel, lan wangun amorf, - ing kuru-film solar sel. Iku sing dianggo ing solar sel semikonduktor, gampang kanggo Pabrik, wis electrical lan mechanical apik. de = 1,12 eV.

- Germanium - semikonduktor digunakna ing spektroskopi gamma-ray, kinerja dhuwur solar sel. Digunakake ing dioda pisanan lan transistor. Sampeyan mbutuhake cleaning kurang saka Silicon. de = 0,67 eV.

- Selenium - semikonduktor, kang digunakake ing rectifiers selenium gadhah resistance radiation dhuwur lan kemampuan kanggo waras dhewe.

senyawa loro-unsur

Properties of Semiconductors kawangun unsur 3 lan 4 saka kelompok tabel périodik meh podo situs senyawa 4 kelompok. Transisi saka 4 klompok unsur kanggo senyawa 3-4 gr. Iku ndadekake komunikasi sebagéyan amarga ion elektron daya transportasi saka atom kanggo atom 3 Group 4 Group. Ionicity diganti sifat semikonduktor. Nyebabaken paningkatan longkangan energi struktur band elektron Coulomb energi lan ion-ion interaksi. CONTO senyawa binar saka jinis iki - indium antimonide, InSb, GaAs gallium arsenida, gallium antimonide GaSb, indium phosphide INP, aluminium antimonide AlSb, gallium phosphide longkangan.

Ionicity mundhak lan nilai mundak akeh kelompok liyane ing senyawa 2-6 senyawa, kayata kadmium selenide, seng sulfide, kadmium sulfida, kadmium Langkawi, seng selenide. Akibaté, akèh-senyawa 2-6 kelompok pareng band luwih akeh tinimbang 1 eV, kajaba senyawa Mercury. Mercury Langkawi - tanpa energi longkangan semikonduktor, semi-logam, kaya α-timah.

Semikonduktor 2-6 kelompok karo nggunakake golek longkangan energi gedhe ing produksi laser lan tampilan. kelompok binar 6 2- senyawa karo energi longkangan narrowed cocok kanggo panarimo infrared. senyawa sepasang saka unsur kelompok 1-7 (cuprous bromide CuBr, Agi salaka iodide, tembaga klorida CuCl) amarga ionicity dhuwur duwe luwih akeh bandgap W eV. Padha ora bener semikonduktor, lan insulators. wutah Crystal anchoring energi amarga Coulomb interaksi interionic gampang atom penataan Salt karo supaya enem, tinimbang kuadrat koordinasi. Senyawa 4-6 kelompok - sulfide, Langkawi timbal, timah sulfide - minangka semikonduktor. Ionicity saka bahan kimia iki uga dipun promosiaken ing sesambungan tatanan sixfold. Kathah ionicity ora preclude ngarsane padha duwe kesenjangan band banget panah, padha bisa digunakake kanggo nampa radiasi infra abang. Panerapan nitride - a kelompok senyawa 3-5 karo longkangan energi sudhut, golek aplikasi ing laser semikonduktor lan dioda cahya emitting operasi ing sisih biru spektrum.

- GaAs, gallium arsenida - dikarepake sawise semikonduktor Silicon kapindho wis umum digunakake minangka landasan kanggo konduktor liyane, contone, GaInNAs lan InGaAs, ing setodiodah infrared, transistor frekuensi dhuwur lan ICS, solar sel Highly efisiensin, laser dioda, detektor saka tamba nuklir. de = 1,43 eV, kang mbenakake piranti daya minangka dibandhingake karo Silicon. Gapuk, ngandhut luwih impurities angel Pabrik.

- ZnS, seng sulfide - uyah seng hidrogen sulfida karo zona band pareng lan 3,54 3,91 eV, digunakake ing laser lan minangka Phosphor a.

- SNS, timah sulfide - semikonduktor digunakna photoresistors lan photodiodes, de = 1,3 lan 10 eV.

oksida

Oksida logam luwih sing insulators banget, nanging ana seng. Conto iki jinis semikonduktor - oxide nikel, tembaga oxide, kobalt oxide, tembaga dioxide, wesi oxide, europium oxide, seng oxide. Wiwit tembaga dioxide ana minangka cuprite Mineral, sawijining padha disinaoni sacara intènsif. Prosedur kanggo budidoyo saka jinis semikonduktor dereng tanggung cetha, supaya nggunakake isih winates. Pangecualian iku seng oxide (ZnO), kelompok senyawa 2-6, digunakake minangka transducer lan ing produksi kaset tape lan plasters.

Kahanan diganti dramatically sawise superkonduktivitas ditemokaké ing akèh senyawa tembaga karo oksigen. Pisanan superconductor suhu dhuwur mbukak Bednorz lan Muller, iki semikonduktor senyawa adhedhasar La ₂ CuO _4, longkangan energi saka 2 eV. Substituting divalent trivalen lanthanum, barium utawa strontium, ngenalaken menyang pelaku usaha daya semikonduktor saka bolongan. Nampa konsentrasi bolongan perlu ndadekake La ₂ CuO ₄ superconductor. Ing wektu iki, ing suhu paling transisi kanggo negara superconducting belongs senyawa HgBaCa ₂ Cu ₃ O _8. Ing dhuwur meksa, nilai punika 134 K.

ZnO, varistor seng oxide digunakake, biru dioda cahya emitting, sensor gas, sensor biologi, kemul windows kanggo nggambarake infrared cahya, minangka dirijen ing layar LCD lan batre solar. de = 3,37 eV.

kristal dilapisi

senyawa pindho kaya timah diiodide, gallium selenide lan molybdenum disulphide beda-beda struktur kristal dilapisi. Ing lapisan sing ikatan kovalen saka kekuatan owahan, luwih kuwat saka roncèn Waals van der antarane lapisan piyambak. Semikonduktor tipe kuwi menarik amarga elektron nindakake ing lapisan saka gabungan loro-dimensi. Interaksi saka lapisan diganti dening ngenalke atom njaba - intercalation.

MOS _2, molybdenum disulfide digunakake ing detektor frekuensi dhuwur, rectifiers, memristor, transistor. de = 1,23 lan 1.8 eV.

semikonduktor organik

Conto semikonduktor ing basis saka senyawa organik - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. semikonduktor organik duwe kauntungan liwat non-organik: lagi gampang kanggo mratelakake kualitas sing dipengini. Bahan kimia karo ikatan konjugat mbentuk -C = C-C = nduweni substansial optik non-linearity lan, amarga iki, ing optoelektronika Applied. Menapa malih, ing energi band longkangan senyawa semikonduktor organik saka rumus werna owah-owahan sing akeh luwih gampang tinimbang sing saka semikonduktor conventional. allotropes kristal saka fullerenes karbon, Graphene, Nanotubes - uga semikonduktor.

- Fullerene nduweni struktur ing wangun Ana gilig polyhedron ugleoroda malah nomer atom. A doping fullerene C ₆₀ karo logam alkali ngowahi bentuk menyang superconductor a.

- lapisan grafit karbon monoatomic wis kawangun, disambungake ing pola hexagonal loro-dimensi. Rekam wis doyo lan mobilitas elektron, rigidity dhuwur

- Nanotubes sing mbalek menyang piring tabung grafit gadhah diameter sawetara nanometer. formulir iki karbon duwe janji gedhe ing nanoelectronics. Gumantung ing kopling uga metallic utawa semikonduktor kualitas.

semikonduktor Magnetik

Senyawa ion magnetik europium lan manganese duwe curious Magnetik lan semiconducting situs. Conto iki jinis semikonduktor - sulfide europium, selenide europium lan solusi sing ngalangi, kayata Cd _1-x Mn _x Te. Isi saka ion Magnetik mengaruhi loro bahan kimia ngetokne Magnetik kayata ferromagnetisme lan antiferromagnetisme. semikonduktor Semimagnetic - punika hard Magnetik semikonduktor solusi kang ngemot ion Magnetik ing kurang konsentrasi. solusi ngalangi kuwi narik kawigaten manungsa waé prospek lan gedhe potensial saka aplikasi bisa. Contone, ing kontras menyang semikonduktor non-Magnetik, padha bisa tekan yuta kaping luwih gedhe Faraday rotasi.

efek magnetooptical kuwat saka semikonduktor Magnetik ngidini nggunakake kanggo modulasi optik. Perovskites, kaya Mn _0,7 Ca _0,3 O _3, sawijining sing unggul kanggo logam transisi-semikonduktor, kang gumantung langsung ing asil Magnetik kolom ing kedadean saka buta magneto-resistivity. Padha digunakake ing radio, piranti optis, sing sing kontrol dening Magnetik kolom, gelombang mikro waveguide piranti.

ferroelectrics semikonduktor

jinis kristal iki ditondoi dening ngarsane ing wektu sing elektrik lan kedadeyan saka polarisasi spontan. Contone, sifat kados sing semikonduktor mimpin titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, Langkawi germanium, Gete, timah Langkawi SnTe, kang ing kurang Suhu kudu ferroelectric. bahan iki digunakake ing ora segaris optik, sensor piezoelectric lan piranti memori.

A macem-macem bahan semikonduktor

Saliyane bahan semikonduktor kasebut ing ndhuwur, ana akeh wong sing ora tiba ing salah siji saka jinis iki. Senyawa rumus 1-3-5 unsur ₂ (AgGaS ₂₎ lan 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ mbentuk struktur kristal chalcopyrite. Hubungi senyawa tetrahedral semikonduktor analog 3-5 lan 2-6 kelompok karo struktur kristal blende seng. Senyawa kang mbentuk unsur semikonduktor 5 lan 6 kelompok (padha Minangka ₂ Se _3), - semikonduktor ing wangun kristal utawa kaca. Chalcogenides bismuth lan antimon digunakake ing generator semikonduktor thermoelectric. Sifat-sifat saka jinis semikonduktor iku arang banget menarik, nanging padha ora gained popularitas amarga aplikasi winates. Nanging, kasunyatan sing padha ana, nandheske ing ngarsane durung nyelidiki kanthi bidhang fisika semikonduktor.