Conto semikonduktor. Jenis, sipat, aplikasi praktis

Paling kasohor nya éta silikon semikonduktor (Si). Tapi sajaba ti anjeunna, aya loba batur. Contona nyaéta alam, bahan semikonduktor kayaning blende (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galéna (PbS) jeung loba batur. Kulawarga tina semikonduktor, kaasup semikonduktor disiapkeun di laboratorium, ngawakilan salah sahiji kelas paling beragam bahan dipikawanoh pikeun lalaki.

Characterization of semikonduktor

Tina 104 elemen tabel periodik nyaéta logam 79, 25 - nonmetals ti mana 13 unsur kimia mibanda sipat semiconducting sarta 12 - diéléktrik. fitur semikonduktor utama diwangun dina éta konduktivitas maranéhna ngaronjatkeun nyata kalawan ngaronjatkeun suhu. Dina hawa low, aranjeunna bertingkah jiga insulators, sarta di luhur - sakumaha konduktor. semikonduktor ieu béda ti logam: lalawanan logam naek proporsional jeung kanaékan suhu.

bédana sejen tina logam semikonduktor nyaéta yén lalawanan tina semikonduktor nurun dina pangaruh lampu, bari di dimungkinkeun logam henteu kapangaruhan. Oge konduktivitas of semikonduktor variasina nalika dikaluarkeun pikeun jumlah minor of impurity.

Semikonduktor nu kapanggih diantara sanyawa kimia kalayan struktur kristal béda. Ieu bisa jadi elemen kayaning silikon sarta selenium, atawa sanyawa ganda kayaning gallium arsenide. Loba sanyawa organik, kayaning polyacetylene, (CH) _n, - bahan semikonduktor. semikonduktor tangtu némbongkeun magnét (CD _1-x Bungbulang _x Te) atawa pasipatan ferroelectric (SbSI). Séjén alloying kalawan jadi superconductors kacukupan (GeTe na SrTiO _3). Loba superconductors-suhu luhur karek kapanggih mibanda fase logam semiconducting. Contona, La ₂ CuO ₄ nyaeta semikonduktor, tapi formasi nu alloy kalawan SR janten sverhrovodnikom (La _1-x SR _{x) 2} CuO _4.

buku teks Fisika masihan harti salaku bahan semikonduktor kalawan resistivity listrik tina tina 10 ^-4 ka 10 ⁷ ohm · m. Sugan hiji harti alternatif. Lebar pita dilarang tina semikonduktor ti - ti 0 nepi ka 3 EV. Logam jeung semimetals - a bahan kalawan gap énergi enol, sarta zat nu ngaleuwihan wates W EV disebut insulators. Aya pengecualian. Contona, hiji inten semikonduktor ngabogaan lega dilarang zone 6 EV, a semi-insulating GaAs - 1,5 EV. Sukapura, hiji bahan pikeun alat optoelectronic di wewengkon bulao, boga rubak band dilarang 3,5 EV.

celah énergi

Valénsi orbital atom dina kisi kristal dibagi kana dua golongan tingkat énergi - a zone bébas, situated dina tingkat nu pangluhurna, sarta nangtukeun konduktivitas listrik tina semikonduktor, jeung band valénsi, di handap. tingkat ieu, gumantung kana simetri struktur kisi kristal sarta atom tiasa motong atawa jadi dipisah ti unggal lianna. Dina kasus dimungkinkeun aya hiji celah énergi, atawa dina basa sejen, antara zona band dilarang.

Lokasi jeung tingkat keusikan ditangtukeun ku sipat conductive tina materi. Numutkeun zat fitur ieu dibagi ku konduktor, insulators, sarta semikonduktor. Lebar pita dilarang tina semikonduktor ti variasina 0.01-3 EV, celah énérgi tina diéléktrik ti 3 EV. Logam alatan ka tumpang tindihna tina tingkat sela énergi henteu.

Semikonduktor sarta insulators, kontras jeung logam, éléktron anu kaeusi band valénsi jeung zone bébas pangcaketna, atawa band konduksi, énergi valénsi ieu fenced kaluar tina beubeulahan - nyangkokkeun sabagian énergi dilarang éléktron.

Dina dielectrics énergi termal atawa médan listrik negligible teu cukup nyieun nu luncat ngaliwatan celah ieu, éléktron teu tunduk kana band konduksi. Aranjeunna bisa pipindah dina kisi kristal sarta jadi operator tina arus listrik.

Pikeun energize konduktivitas listrik, hiji éléktron dina tingkat valénsi kudu dibikeun énergi, nu bakal jadi cukup pikeun nungkulan celah énergi. Ngan lamun jumlah nyerep énérgi teu leuwih leutik batan nilai gap tanaga, bakal maot ti tingkat éléktron valénsi dina tingkat konduksi.

Dina kasus eta, lamun lebar celah énergi ngaleuwihan 4 EV, konduktivitas semikonduktor irradiation éksitasi atanapi panas téh ampir teu mungkin - énergi éksitasi tina éléktron dina suhu lebur teu cukup pikeun luncat celah énergi ngaliwatan zone nu. Lamun dipanaskeun, kristal teh melts méméh konduktivitas éléktronik. zat sapertos kaasup quartz (de = 5,2 EV), inten (de = 5,1 EV), loba uyah.

Ekstrinsik jeung intrinsik konduktivitas semikonduktor

kristal semikonduktor Net gaduh konduktivitas intrinsik. semikonduktor sapertos ngaran ditangtoskeun. semikonduktor intrinsik ngandung hiji angka sarua liang na éléktron bébas. Nalika Élmu sarta Téknik konduktivitas intrinsik tina semikonduktor nambahan. Dina suhu tetep, aya hiji kaayaan tina jumlah kasatimbangan dinamis pasangan éléktron-liang dihasilkeun sarta Jumlah recombining éléktron na liang, nu tetep konstan dina kaayaan ieu.

Ayana pangotor nyata mangaruhan konduktivitas listrik tina semikonduktor. Nambahkeun éta ngamungkinkeun greatly ngaronjatna jumlah éléktron bébas dina sajumlah leutik liang na nambahan jumlah liang kalawan sajumlah leutik éléktron dina tingkat konduksi. semikonduktor Impurity - nu konduktor ngabogaan konduktivitas impurity.

Pangotor nu gampang nyumbang éléktron disebut donor. pangotor donor bisa jadi unsur kimia jeung atom, tingkat valénsi nu ngandung leuwih éléktron ti atom tina basa baku. Contona, fosfor jeung bismut - a pangotor silikon donor.

Energi nu diperlukeun keur luncat tina hiji éléktron di wewengkon konduksi, disebut énergi aktivasi. Impurity semikonduktor peryogi pisan kirang ti dinya ti nu bahan dasarna. Ku pemanasan slight atawa lampu utamana dibébaskeun éléktron atom tina semikonduktor impurity. Teundeun ditinggalkeun atom nyokot hiji liang éléktron. Tapi rékombinasi liang éléktron henteu lumangsung. konduktivitas liang donor nya negligible. Ieu alatan jumlah leutik atom impurity teu ngameunangkeun éléktron bébas mindeng ngadeukeutan ka liang tur nyekel eta. Éléktron sababaraha liang, tapi teu bisa ngeusian éta alatan tingkat énergi cukup.

A aditif donor impurity slight sababaraha ordo ngaronjatkeun jumlah éléktron konduksi di ngabandingkeun kalayan jumlah éléktron bébas dina semikonduktor intrinsik. Éléktron di dieu - di operator utama biaya atom semikonduktor impurity. zat ieu milik ka n-tipe semikonduktor.

Pangotor nu meungkeut éléktron tina semikonduktor nu, ngaronjatna jumlah liang di dinya, disebutna akséptor. pangotor akséptor mangrupakeun unsur kimia ku jumlah leutik éléktron di tingkat valénsi ti dasar semikonduktor ti. Boron, gallium, indium - akséptor impurity di silikon.

Karakteristik semikonduktor anu gumantung defects struktur kristal na. Hal ieu ngabalukarkeun kabutuhan ngembang kristal pisan murni. Parameter tina konduksi semikonduktor dikawasa ku ditambahkeunana dopants. kristal Silicon doped kalawan fosfor (V unsur subgroup) nu mangrupakeun donor mun nyieun silikon kristal n-jenis. Pikeun kristal ku boron akséptor p-tipe silikon dikaluarkeun. Semikonduktor katembong tingkat Fermi pindah kana tengah celah band dijieun di luhur ieu.

semikonduktor single-unsur

The semikonduktor paling umum nyaéta, tangtosna, silikon. Babarengan Jerman, anjeunna prototipe tina hiji kelas badag tina semikonduktor nu gaduh struktur kristal sarupa.

Struktur kristal Si na ge nu sarua jeung nu ti inten jeung α-tin. Ieu ngurilingan unggal atom 4 atom pangcaketna nu ngawangun tetrahedron a. koordinasi sapertos disebut opat kali. Kristal tetradricheskoy beungkeut base baja keur industri elektronika sarta maénkeun peran konci dina téhnologi modéren. Sababaraha elemen V sarta VI sahiji group tabel periodik oge semikonduktor. Conto tipe ieu semikonduktor - fosfor (P), walirang (S), selenium (Se) jeung tellurium (Te). semikonduktor ieu bisa jadi atom triple (P), disubstituted (S, Se, Te) atawa koordinasi opat-melu. Hasilna elemen misalna bisa aya dina sababaraha struktur kristainna tangtu béda, tur oge disusun dina wangun kaca. Contona, Se dipelak di struktur kristal monoclinic na trigonal atawa salaku jandela (anu ogé bisa dianggap salaku polimér a).

- Inten boga konduktivitas termal alus teuing, Sifat mékanis jeung optik alus teuing, kakuatan mékanis tinggi. Lebar celah énérgi - de = 5,47 EV.

- Silicon - semikonduktor dipaké dina sél surya, sarta formulir amorf, - dina ipis-pilem sél surya. Ieu nu paling dipake dina sél surya semikonduktor, gampang rancang, boga sipat listrik sarta mékanis alus. De = 1,12 EV.

- germanium - semikonduktor dipaké dina spéktroskopi gamma-ray, kinerja tinggi sél surya. Dipaké dina diodes munggaran tur transistor. Merlukeun beberesih kirang ti silikon. De = 0,67 EV.

- selenium - a semikonduktor, nu dipaké dina panyaarah selenium gaduh lalawanan radiasi tinggi jeung kamampuhan pikeun dudung sorangan.

Sanyawa Dua-unsur

Sipat semikonduktor kabentuk elemen 3 jeung 4 sahiji gorombolan tabel periodik meh sarua jeung sipat sanyawa 4 grup. Transisi ti 4 golongan elemen pikeun sanyawa 3-4 gr. Ayeuna damel komunikasi sabagean kusabab ionik éléktron muatan angkutan ti hiji atom pikeun atom 3 Grup 4 Grup. Ionicity robah sipat semikonduktor. Ieu ngabalukarkeun paningkatan dina celah énergi struktur band éléktron Coulomb energi jeung ion-ion interaksi. Conto sanyawa binér tina tipe ieu - indium antimonide, InSb, GaAs gallium arsenide, gallium antimonide GaSb, indium phosphide InP, aluminium antimonide AlSb, gallium phosphide Gap.

Ionicity nambahan sarta nilaina tumuwuh grup langkung di sanyawa 2-6 sanyawa, kayaning cadmium selenide, séng sulfida, cadmium sulfida, cadmium telluride, séng selenide. Hasilna, seuseueurna sanyawa 2-6 Grup dilarang band lega ti 1 EV, iwal sanyawa raksa. Raksa Telluride - tanpa énergi gap semikonduktor, semi-logam, kawas α-tin.

Semikonduktor 2-6 Grup ku pamakéan manggihan jurang énergi gedé dina produksi lasers tur mintonkeun. Grup binér 6 2- sanyawa ku énergi gap narrowed cocog pikeun panarima infra red. Sanyawa binér sahiji unsur Grup 1-7 (cuprous bromide CuBr, agi pérak iodida, tambaga klorida CuCl) alatan ionicity tinggi kudu lega bandgap W EV. Maranehna ngalakukeun sabenerna semikonduktor, jeung insulators. pertumbuhan kristal anchoring énérgi alatan Coulomb interaksi interionic facilitates atom structuring uyah jeung urutan kagenep, tinimbang kuadrat koordinat. Sanyawa 4-6 grup - sulfida, telluride kalungguhan, tin sulfida - sakumaha semikonduktor. Ionicity zat ieu ogé promotes koordinasi formasi sixfold. Teuing ionicity moal preclude ayana maranéhna boga sela band pisan sempit, aranjeunna bisa dipaké pikeun narima radiasi infra red. Gallium nitride - a Grup sanyawa 3-5 ku gap énergi lega, manggihan aplikasi dina lasers semikonduktor sarta diodes lampu-emitting operasi di bagian bulao spéktrum.

- GaAs, gallium arsenide - dumasar paménta sanggeus semikonduktor silikon kadua ilahar dipake salaku substrat pikeun Konduktor sejen, contona, GaInNAs na InGaAs, dina setodiodah infra red, transistor frekuensi tinggi na ICs, sél surya kacida efisien, laser diodes, detéktor tina tamba nuklir. De = 1,43 EV, nu ngaronjatkeun alat kakuatan saperti dibandingkeun kalawan silikon. Regas, ngandung leuwih pangotor hésé rancang.

- ZnS, séng sulfida - uyah séng hidrogén sulphide jeung zona band dilarang sarta 3,54 3,91 EV, dipaké dina lasers tur salaku phosphor a.

- SNS, tin sulfida - semikonduktor dipaké dina photoresistors na photodiodes, De = 1,3 sarta 10 EV.

oksida

The oksida logam preferably anu insulators alus teuing, tapi aya iwal. Conto tipe ieu semikonduktor - oksida nikel, tambaga oksida, kobalt oksida, tambaga dioksida, oksida beusi, europium oksida, séng oksida. Kusabab tambaga dioksida aya salaku cuprite mineral, miboga sipat anu diulik intensif. Prosedur pikeun budidaya tipe ieu semikonduktor teu acan sagemblengna jelas, jadi pamakéan maranéhanana nyaéta masih kawates. Iwal ti mangrupa séng oksida (ZnO), grup sanyawa 2-6, dipaké salaku transduser jeung dina produksi kaset napel na plasters.

kaayaan robah nyirorot sanggeus superconductivity kapanggih di loba sanyawa tambaga jeung oksigén. Kahiji superkonduktor suhu luhur muka Bednorz jeung Müller, ieu semikonduktor sanyawa dumasar La ₂ CuO _4, celah énergi 2 EV. Ngaganti divalent trivalent lanthanum, barium atanapi basa Indonesia, diwanohkeun kana operator muatan semikonduktor liang. Achieving konsentrasi liang perlu ngajadikeun La ₂ CuO ₄ superkonduktor. Dina waktu ieu, suhu pangluhurna transisi kana kaayaan superconducting milik sanyawa HgBaCa ₂ Cu ₃ O _8. Dina tekanan tinggi, nilaina 134 K.

ZnO, varistor séng oksida dipaké, bulao diodes lampu-emitting, sensor gas, sensor biologis, coatings jandéla ngeunteung lampu infra red, salaku konduktor dina mintonkeun LCD na accu surya. De = 3,37 EV.

kristal layered

Sanyawa ganda diimah diiodide, gallium selenide jeung molybdenum disulphide béda struktur kristal layered. Lapisan anu beungkeut kovalén kakuatan considerable, loba kuat ti beungkeut Waals van der antara lapisan sorangan. Semikonduktor tipe sapertos nu metot alatan éléktron kalakuanana di lapisan a kuasi-dua diménsi. Interaksi lapisan dirobah ku ngawanohkeun atom luar - intercalation.

MOS _2, molybdenum disulfida dipaké dina detéktor frekuensi tinggi, panyaarah, memristor, transistor. De = 1,23 jeung 1,8 EV.

semikonduktor organik

Conto semikonduktor dina dasar sanyawa organik - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. semikonduktor organik boga hiji kauntungan leuwih non-organik: aranjeunna gampang impart kualitas nu dipikahoyong. Zat mibanda beungkeut conjugate ngabentuk -C = C-C = mibanda penting optik non-linearity na, alatan ieu, di optoelectronics dilarapkeun. Leuwih ti éta, énergi band gap sanyawa semikonduktor organik rumus rupa-rupa robah anu loba gampang ti éta tina semikonduktor konvensional. alotrop kristalin of fulerin karbon, graphene, nanotabung - ogé semikonduktor.

- Fullerene boga struktur dina wangun katutup gilig polyhedron ugleoroda malah Jumlah atom. Hiji cara nambahkeun atawa doping fullerene C ₆₀ kalawan logam alkali transforms kana superkonduktor a.

- lapisan grafit karbon monoatomic kabentuk, disambungkeun dina kisi héksagonal dua diménsi. Catetan boga konduktivitas jeung mobilitas éléktron, rigidity tinggi

- nanotabung téh digulung kana plat tube grafit ngabogaan diaméter sababaraha nanométer. bentuk ieu karbon mibanda jangji hébat dina nanoelectronics. Gumantung kana gandeng meureun logam atawa semikonduktor kualitas.

semikonduktor magnét

Sanyawa kalayan ion magnét of europium na mangan gaduh panasaran magnét sarta semiconducting sipat. Conto tipe ieu semikonduktor - sulfida europium, selenide europium na leyuran padet, sapertos CD _1-x Bungbulang _x Te. Eusi ti ion magnét mangaruhan duanana zat némbongkeun sipat magnét kayaning ferromagnetism na antiferromagnetism. semikonduktor Semimagnetic - mangrupakeun teuas magnét semikonduktor solusi nu ngandung ion magnét dina konsentrasi saeutik. solusi padet sapertos narik perhatian prospek anjeun sarta poténsi agung aplikasi mungkin. Contona, kontras jeung semikonduktor non-magnét, aranjeunna bisa ngahontal hiji juta kali leuwih badag Faraday rotasi.

épék magnetooptical kuat semikonduktor magnét ngawenangkeun pamakéan maranéhanana pikeun modulasi optik. Perovskites, kawas Bungbulang _0,7 Ca _0,3 O _3, sipat na anu punjul pikeun transisi logam-semikonduktor, nu gumantungna langsung dina hasil médan magnét dina fenomena buta magneto-resistivity. Éta nu dipaké dina radio, alat optik, nu dikawasa ku médan magnét, hiji gelombang mikro waveguide alat.

ferroelectrics semikonduktor

tipe kristal ieu dicirikeun ku ayana di moments listrik maranéhanana sarta lumangsungna polarisasi spontan. Contona, sipat sapertos anu semikonduktor ngakibatkeun titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, telluride germanium, GeTe, tin telluride SnTe, nu dina suhu low mibanda pasipatan ferroelectric. bahan ieu téh dipaké di linier optik, sensor piezoelectric jeung alat memori.

A-rupa bahan semikonduktor

Salian materi semikonduktor didadarkeun di luhur, aya loba batur nu teu digolongkeun dina salah sahiji jenis ieu. Sanyawa rumus 1-3-5 elemen ₂ (AgGaS ₂₎ jeung 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ ngabentuk struktur kristal chalcopyrite. Ngahubungan sanyawa tétrahédral semikonduktor analog 3-5 sarta 2-6 grup kalawan struktur kristal blende séng. Sanyawa nu ngawangun elemen semikonduktor 5 sarta 6 grup (sarupa Salaku ₂ Se _3), - nu semikonduktor dina bentuk kristal atawa kaca. Chalcogenides of bismut na antimony dipaké dina Generators semikonduktor thermoelectric. Sipat tipe ieu semikonduktor pisan metot, tapi maranéhna teu miboga popularitas alatan éta aplikasi kawates. Sanajan kitu, kanyataan yén maranéhanana aya, confirms ayana henteu acan ditalungtik pinuh widang fisika semikonduktor.