Men kèk egzanp sou smikondukteur. Kalite, pwopriyete, aplikasyon pou pratik

ki pi popilè a se Silisyòm nan semi-conducteurs (Si ou). Men, apa nan men l ', gen anpil lòt moun. Men kèk egzanp yo natirèl, materyèl semi-conducteurs tankou blend (ZnS), kuprit (Cu ₂ O), galèn (PBS) ak anpil lòt moun. Fanmi an nan smikondukteur, ki gen ladan smikondukteur prepare nan laboratwa, reprezante youn nan klas yo pi divèsifye nan materyèl li te ye nan moun.

Karakterizasyon nan smikondukteur

Nan 104 eleman yo nan tablo peryodik yo metal 79, 25 - Nonmetals ki soti nan ki 13 eleman yo pwodui chimik posede pwopriyete smikondukteur ak 12 - Dielectric. Main semi-conducteurs karakteristik konsiste nan ki konduktiviti yo ogmante siyifikativman ak ogmante tanperati. Nan tanperati ki ba yo, yo konpòte yo tankou izolan, ak nan gwo - kòm Worcester. smikondukteur Sa yo se diferan de metal: rezistans metal ogmante Prorate nan ogmantasyon nan tanperati.

Yon lòt diferans soti nan metal la semi-conducteurs se ke rezistans a nan semi-conducteurs a diminye ki anba enfliyans a limyè, pandan ke yo nan lèt la metal la se pa sa ki afekte yo. Epitou konduktiviti nan smikondukteur varye lè administre nan yon kantite lajan minè nan malpwòpte.

Smikondukteur yo jwenn nan mitan konpoze chimik ak estrikti kristal diferan. Sa yo pouvwa gen eleman tankou Silisyòm ak Selenyòm, oswa konpoze doub tankou Galyòm arsenyur. Anpil konpoze òganik, tankou polyacetylene, (CH) _n, - materyèl semi-conducteurs. Sèten smikondukteur montre mayetik (Cd _1-x MN _x Te) oswa pwopriyete feroelèktrik (SbSI). Lòt aloyin ak vin supèrkonduktor ase (Gete ak SrTiO _3). Anpil nan fèk dekouvri supèrkonduktor yo segondè-tanperati gen faz metalik smikondukteur. Pou egzanp, La ₂ CuO ₄ se yon semi-conducteurs, men fòmasyon nan alyaj la ak Sr vin sverhrovodnikom (La _1-x Sr _{x) 2} CuO _4.

liv Fizik bay definisyon kòm materyèl la semi-conducteurs ak yon rèsistiviti elektrik nan ki sòti nan 10 a 10 ^{-4 7} om · m. Petèt yon definisyon altènatif. Lajè a nan lame li a entèdi nan semi-conducteurs a - ki ant 0 a 3 eV. Metal yo ak semimetals - yon materyèl ak zewo diferans enèji, ak sibstans la nan ki li depase W eV rele izolan. Gen eksepsyon. Pou egzanp, yon dyaman semi-conducteurs gen yon lajè entèdi zòn 6 eV, se yon semi-posibilite Gach - 1,5 eV. GaN, yon materyèl pou aparèy opto nan rejyon an ble, gen yon lajè bann entèdi nan 3.5 eV.

espas sa a enèji

Valence orbitals nan atòm nan lasi a kristal yo divize an de gwoup nan nivo enèji - yon zòn gratis, sitiye nan nivo ki pi wo, ak detèmine konduktiviti elektrik la nan semi-conducteurs, ak braslè ki valence, pi ba a. nivo sa yo, tou depann de simetri a nan estrikti a lasi kristal ak atòm ka kwaze oswa yo kapab espace soti nan chak lòt. Nan denyé ka sa gen yon diferans enèji, oswa nan lòt mo, ant zòn yo bann entèdi.

se kote a ak nivo a ranpli detèmine pa pwopriyete yo konduktif nan materyèl la. Dapre sa a sibstans karakteristik divize pa Worcester, izolan, ak semi-conducteurs yo. Lajè a nan lame li a entèdi nan semi-conducteurs a varye 0.01-3 eV, diferans nan enèji nan Dielectric nan pase 3 eV. Meto akòz sipèpoze yo nan enèji twou vid ki genyen nivo yo pa.

Smikondukteur ak izolan, nan Kontrèman a metal, elektwon yo yo plen bann valence ak pi pre zòn nan gratis, oswa gwoup la kondiksyon, se enèji a valence gwo ranpa koupe soti nan kraze - pòsyon nan entèdi enèji nan elektwon.

Nan dielectrics dyelektrik enèji tèmik oswa neglijab jaden elektrik se pa ase yo fè so a nan sa a diferans, elektwon yo yo pa sijè a gwoup la kondiksyon. Yo se kapab pou avanse pou pi nan lasi a kristal yo epi yo vin transpòtè nan aktyèl la elektrik.

Dinamize konduktiviti elektrik la, yo ta dwe yon elèktron nan nivo a valence dwe bay enèji a, ki ta dwe ase simonte diferans ki enèji. Se sèlman lè kantite lajan an nan absòpsyon enèji se pa pi piti pase valè a nan espas enèji, pral pase nan nivo a elèktron valence sou nivo a kondiksyon.

Nan ka sa a, si lajè a nan espas sa a enèji depase 4 eV, konduktiviti semi-conducteurs eksitasyon iradyasyon oswa chofaj se pratikman enposib - enèji nan eksitasyon nan elektwon yo nan tanperati a fonn se pa ase so espas sa a enèji nan zòn nan. Lè chofe, kristal la fonn anvan konduktiviti nan elektwonik. sibstans ki sou sa yo gen ladan kwats (DE = 5,2 eV), dyaman (DE = 5,1 eV), anpil sèl.

Èkstrensèk ak intrinsèques konduktiviti semi-conducteurs

kristal semi-conducteurs Net gen intrinsèques konduktiviti. smikondukteur sa non apwopriye. Intrinsèques semi-conducteurs gen yon kantite egal twou ak elektwon gratis. Lè chofaj intrinsèques konduktiviti nan smikondukteur ogmante. Nan tanperati konstan, gen se yon kondisyon nan kantite lajan ekilib dinamik nan pwodwi pè elèktron-twou ak nimewo a nan rkonbine elektwon ak twou, ki rete konstan nan kondisyon sa yo.

Prezans nan enpurte siyifikativman afekte konduktiviti elektrik la nan smikondukteur. Ajoute yo pèmèt anpil ogmante kantite elektwon gratis nan yon ti kantite twou ak ogmante kantite a nan twou ak yon ti kantite elektwon nan nivo a kondiksyon. Malpwòpte smikondukteur - Worcester yo gen konduktiviti nan malpwòpte.

Enpurte yo fasil bay elektwon yo rele donatè. enpurte Donatè pouvwa gen eleman chimik ak atòm yo, nivo yo valence ki gen ladan plis elektwon pase atòm yo nan materyèl la baz. Pou egzanp, fosfò ak Bismit - yon enpurte Silisyòm donatè.

se enèji ki nesesè yo pou so a nan yon elèktron nan rejyon an kondiksyon, ki rele enèji aktivasyon. Malpwòpte semi-conducteurs bezwen yon anpil mwens nan li pase materyèl de baz la. Ak yon chofaj ti tay oswa limyè majorite libere elektwon nan atòm nan smikondukteur yo malpwòpte. Kote kite atòm an pran yon twou elèktron. Men, rekonbinezon nan twou elèktron pa pran plas li. twou donatè konduktiviti se neglijab. Sa a se paske yon ti kantite atòm malpwòpte pa pèmèt elektwon gratis souvan pi pre twou a ak yo kenbe li. Elektwon yo se kèk twou, men yo pa kapab ranpli yo akòz nivo enèji ensifizan.

Gen yon ti aditif donatè malpwòpte plizyè lòd ogmante kantite elektwon kondiksyon an konparezon ak ki kantite elektwon gratis nan semi-conducteurs a intrinsèques. Elektwon isit la - transpòtè prensipal yo nan chaj atomik nan smikondukteur malpwòpte. Sibstans sa yo apatni a semi-conducteurs yo n-kalite.

Enpurte ki mare elektwon nan semi-conducteurs a, ogmante kantite twou nan li, ki rele aksèpteur. enpurte aksèpteur yo se eleman chimik ak yon kantite ki pi piti nan elektwon nan nivo valence pase baz la nan semi-conducteurs la. Bor, Galyòm, Endyòm - aksèpteur malpwòpte nan Silisyòm.

karakteristik sa yo nan semi-conducteurs nan yo depann sou estrikti kristal li yo domaj. Sa lakòz nesesite pou ap grandi kristal trè pi bon kalite. paramèt yo nan kondiksyon nan semi-conducteurs kontwole pa adisyon a nan dopants. kristal Silisyòm dope ak fosfò (V eleman gwoup) ki se yon donatè yo kreye kristal Silisyòm n-kalite. Pou kristal ak yon aksèpteur bor p-kalite Silisyòm administre. Smikondukteur rekonpanse nivo Fermi pou avanse pou li nan mitan an nan espas sa a bann ki te kreye nan fason sa a.

sèl-eleman semi-conducteurs

semi-conducteurs ki pi komen se, nan kou, Silisyòm. Ansanm ak Almay, li te pwototip a nan yon klas gwo nan smikondukteur ki gen estrikti kristal menm jan an.

Estrikti kristal Si ak GEN yo se menm bagay la kòm sa yo ki an dyaman ak α-fèblan. Li antoure chak atòm 4 atòm pi pre ki fòme yon tetrayèd. se kowòdinasyon sa yo rele kat fwa. Cristaux baz tetradricheskoy asye kosyon pou endistri a elektwonik ak jwe yon wòl kle nan teknoloji modèn. Gen kèk nan la V eleman ak VI nan gwoup la tab peryodik yo tou smikondukteur. Men kèk egzanp sou sa a ki kalite semi-conducteurs - fosfò (P), souf (S), Selenyòm (Se) ak telur (Te). smikondukteur sa yo ka atòm trip (P), disubstituted (S, Se, Te) oswa yon kowòdinasyon kat-pliye. Kòm yon rezilta eleman sa yo ka egziste nan plizyè estrikti cristalline diferan, epi tou li dwe prepare nan fòm lan nan glas. Pou egzanp, Se grandi nan estrikti kristal monoklinik ak trigon oswa kòm yon fenèt (ki kapab tou gen pou konsidere kòm yon polymère).

- Diamond gen ekselan konduktiviti tèmik, ekselan pwopriyete mekanik ak optik, segondè fòs mekanik. Lajè a nan espas sa a enèji - De = 5,47 eV.

- Silisyòm - semi-conducteurs yo itilize nan solè selil wouj, ak fòm amorphe, - nan yon mens-fim selil solè. Li se pi itilize a nan semi-conducteurs solè selil wouj, fasil yo fabrike, gen bon pwopriyete elektrik ak mekanik. DE = 1,12 eV.

- Jèrmanyom - semi-conducteurs yo itilize nan spèktrometri nan gama-ray, segondè pèfòmans selil solè. Yo itilize nan diodes yo premye ak tranzistò. Li mande mwens netwayaj pase Silisyòm. DE = 0,67 eV.

- Selenyòm - yon semi-conducteurs, ki te itilize nan rèktifikateur yo Selenyòm gen yon rezistans radyasyon segondè, epi kapasite nan geri tèt li.

De-eleman konpoze

Pwopriyete Semiconductors fòme eleman 3 ak 4 nan gwoup yo tab peryodik sanble ak pwopriyete yo nan konpoze 4 gwoup. Tranzisyon an soti nan 4 gwoup yo nan eleman yo konpoze 3-4 gr. Li fè kominikasyon an pati paske iyonik elektwon chaj transpò soti nan yon atòm kont atòm 3 Gwoup 4 Group. Ionicity chanje pwopriyete yo nan smikondukteur. Li lakòz yon ogmantasyon nan enèji ak ion-ion entèraksyon espas enèji estrikti a koulonbyèn elèktron bann. EGZANP konpoze binè nan kalite sa a - Endyòm antimonide, InSb, Gach Galyòm arsenyur, Galyòm antimonide GaSb, Endyòm fosfor INP, aliminyòm antimonide AlSb, Galyòm fosfor diferans.

Ionicity ogmante ak valè li yo ap grandi plis gwoup nan konpoze 2-6 konpoze, tankou Kadmyòm selenyòm, zenk SULFIDE, Kadmyòm SULFIDE, Kadmyòm TELLURIDE, zenk selenyòm. Kòm yon rezilta, majorite nan konpoze 2-6 gwoup entèdi bann pi laj pase 1 eV, eksepte konpoze mèki. Mèki Telluride - san yo pa enèji diferans semi-conducteurs, semi-metal, tankou α-fèblan.

Smikondukteur 2-6 gwoup ak yon pi gwo diferans enèji jwenn itilize nan pwodiksyon an nan lazer epi montre. Binè gwoup 6 2- konpoze ak yon flèch enèji diferans apwopriye pou récepteurs enfrawouj. konpoze binè nan eleman nan gwoup 1-7 (cuprous bromur CuBr, agi yode ajan, klori kòb kwiv mete CuCl) akòz ionicity a segondè gen pi laj bandgap W eV. Yo fè pa aktyèlman smikondukteur, ak izolan. Crystal kwasans mare enèji akòz koulonbyèn entèraksyon interionic fasilite atòm structuration sèl ak lòd sizyèm, olye pou yo kwadratik nan kowòdone. Konpoze 4-6 gwoup - SULFIDE, TELLURIDE plon, fèblan SULFIDE - kòm smikondukteur. Ionicity nan sibstans ki sou sa yo tou fè pwomosyon fòmasyon sèkstupl kowòdinasyon an. Anpil pa ionicity anpeche prezans nan yo gen yon twou vid ki genyen bann trè etwat, yo ka itilize pou resevwa enfrawouj radyasyon. Galyòm nitrid - yon gwoup konpoze 3-5 ak yon espas enèji lajè, jwenn aplikasyon an lazer semi-conducteurs ak limyè-émettant diodes opere nan pati nan ble nan spectre an.

- Gach, Galyòm arsenyur - sou demann apre dezyèm semi-conducteurs nan Silisyòm se souvan itilize kòm yon substra pou lòt Worcester, pou egzanp, GaInNAs ak InGaAs, nan setodiodah enfrawouj, tranzistò frekans segondè, epi trik, trè efikas solè selil wouj, dyod lazè, detektè a geri nikleyè. DE = 1,43 eV, ki amelyore aparèy yo pouvwa kòm konpare ak Silisyòm. Frajil, gen plis enpurte difisil nan fabrike.

- ZnS, zenk SULFIDE - zenk sèl nan idwojèn sulfure ak zòn yo entèdi bann ak 3.54 3.91 eV, yo itilize nan lazer epi kòm yon fosfò.

- SNS, fèblan SULFIDE - semi-conducteurs yo itilize nan photoresistors ak fotodyod, de = 1,3 ak 10 eV.

oksid

oksid yo metal de preferans yo izolan ekselan, men gen eksepsyon. Men kèk egzanp sou sa a ki kalite semi-conducteurs - nikèl oksid, oksid kwiv, Cobalt oksid, gaz kwiv, oksid fè, eropyom oksid, zenk oksid. Depi gaz kòb kwiv mete ki egziste kòm kuprit la mineral, pwopriyete li yo te etidye intans. Pwosedi a pou kiltivasyon nan sa a ki kalite semi-conducteurs se pa ankò totalman klè, se konsa sèvi ak yo se toujou limite. Yon eksepsyon se oksid zenk (ZnO), konpoze gwoup 2-6, se itilize kòm dispositif a ak nan pwodiksyon an nan kasèt adezif ak andwi.

Sitiyasyon an chanje dramatikman apre suprakonduktivite te dekouvri nan konpoze anpil nan kòb kwiv mete ak oksijèn. premye suprakondukteur nan tanperati ki wo louvri Bednorz ak Muller, yo te semi-conducteurs konpoze ki baze sou La ₂ CuO _4, espas sa a enèji nan 2 eV. Ranplase bivalan trivalant Lantàn, barium oswa stronsyom, yo te entwodui nan transpòtè yo semi-conducteurs chaj nan twou. Atenn konsantrasyon nan twou nesesè fè La ₂ CuO ₄ suprakondukteur. Nan tan sa a, tanperati a pi wo a tranzisyon nan eta a ki supèrkonduktin ki dwe konpoze HgBaCa ₂ Cu ₃ O _8. Nan presyon ki wo, valè li yo se 134 K.

ZnO, se oksid zenk varistans itilize, ble limyè-émettant diodes, detèktè gaz, detèktè byolojik, penti fenèt a reflete enfrawouj limyè, kòm yon kondiktè nan montre LCD ak pil solè. DE = 3.37 eV.

kristal kouch

Double konpoze tankou plon diiodide, Galyòm selenyòm ak MOLYBDENUM sulfur diferan kouch estrikti kristal. kouch yo se bon kovalan nan fòs konsiderab, pi fò pase van der Waals lyezon yo ant kouch yo tèt yo. Smikondukteur kalite sa yo, se enteresan paske elektwon yo konpòte yo nan kouch nan yon kazi-ki genyen de dimansyon. se Entèaksyon nan kouch chanje pa entwodwi atòm deyò - ensèrsyon.

Mos _2, se MOLYBDENUM bisulfur yo itilize nan detektè frekans segondè, rèktifikateur, memristor, tranzistò. DE = 1,23 ak 1.8 eV.

smikondukteur òganik

Men kèk egzanp sou smikondukteur sou baz la nan konpoze òganik - naftalèn, polyacetylene (CH _{2) n,} antrasèn, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. smikondukteur òganik gen yon avantaj sou ki pa òganik: yo fasil yo separe bon jan kalite a vle. Sibstans ki sou ak obligasyon konjige fòme -C = C-C = posede sibstansyèl optik ki pa linear ak, akòz sa a, nan Optoelectronics aplike. Anplis, enèji bann diferans òganik semi-conducteurs konpoze an nan fòmil la varye chanjman ki pi fasil pase sa yo ki an smikondukteur konvansyonèl yo. Cristalline allotropes nan fullerenes kabòn, grafèn, nanotub - tou smikondukteur.

- foulerèn gen yon estrikti nan fòm lan nan yon fèmen konvèks poliyèd ugleoroda menm kantite atòm. Yon dopan foulerèn C ₆₀ ak yon metal alkali transfòme l 'nan yon suprakondukteur.

- se kouch monoatomic grafit kabòn fòme, ki konekte nan yon lasi ki genyen de dimansyon egzagonal. Dosye gen konduktiviti ak mobilite nan elèktron, gwo frigidité

- nanotub yo woule nan yon plak tib grafit gen yon dyamèt ki plizyè nanomètr. fòm sa yo nan kabòn gen gwo pwomès nan Nanoelectronics. Tou depan de kouti la pouvwa gen metalik oswa semi-conducteurs kalite.

smikondukteur mayetik

Konpoze ak iyon mayetik nan eropyom ak Manganèz gen kirye mayetik ak smikondukteur pwopriyete. Men kèk egzanp sou sa a ki kalite semi-conducteurs - eropyom SULFIDE, selenyòm eropyom ak solisyon solid, tankou Cd _1-x MN _x Te. Kontni an nan iyon yo mayetik afekte tou de sibstans ki sou montre pwopriyete mayetik tankou feromayetism ak antiferromagnetism. smikondukteur Semimagnetic - se yon difisil mayetik smikondukteur solisyon ki gen ladan iyon mayetik nan konsantrasyon ki ba. Sa yo solisyon solid atire atansyon a nan Prospect ou ak gwo potansyèl nan aplikasyon posib. Pou egzanp, nan Kontrèman a semi-conducteurs yo ki pa mayetik, yo ka rive jwenn yon milyon fwa pi gwo Faraday wotasyon.

Bonjan efè mayetooptik nan smikondukteur mayetik pèmèt itilize yo pou optik batman. Perovskites, tankou MN _0,7 Ca _0,3 O _3, pwopriyete li yo ki ap siperyè tranzisyon metal-semi-conducteurs, ki depandans dirèk sou rezilta yo jaden mayetik nan fenomèn nan jeyan mayetik-rèsistiviti. Yo itilize yo nan radyo, aparèy optik, ki fè yo kontwole pa yon jaden mayetik, se yon aparèy mikwo ond ond.

semi-conducteurs ferroelectrics

Sa a kristal kalite ki karakterize pa prezans la nan moman elektrik yo ak ensidan an espontane polarization. Pou egzanp, pwopriyete sa yo, se smikondukteur mennen titanat PbTiO _3, barium titanat BaTiO _3, jèrmanyom TELLURIDE, Gete, fèblan TELLURIDE SNTE, ki nan tanperati ki ba gen pwopriyete feroelèktrik. Materyèl sa yo yo te itilize nan linear optik, detèktè piezoelectric ak aparèy memwa.

Yon varyete de materyèl semi-conducteurs

Anplis de sa nan materyèl semi-conducteurs mansyone pi wo a, gen anpil lòt moun ki pa tonbe anba youn nan kalite sa yo. Konpoze nan fòmil 1-3-5 eleman ₂ (AgGaS ₂₎ ak 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ fòme yon estrikti kristal kalkopirit. Kontakte konpoze tetraedrik smikondukteur analoji 3-5 ak 2-6 gwoup ak yon estrikti kristal zenk blend. Konpoze ki fòme semi-conducteurs eleman 5 ak 6 gwoup (menm jan ak Kòm ₂ Se _3), - semi-conducteurs la nan fòm la nan kristal oswa vè. Chalcogenides nan Bismit ak Antimony yo te itilize nan dèlko semi-conducteurs tèrmo. pwopriyete yo nan sa a ki kalite semi-conducteurs se trè enteresan, men yo pa t 'pran popilarite akòz aplikasyon an limite. Sepandan, lefèt ke yo egziste, konfime prezans nan pa poko envestige jaden an nan fizik semi-conducteurs.