полупроводники

Физический

2022

Мы объясняем, что такое электрический полупроводник, его типы, применения и примеры. Кроме того, токопроводящие и изоляционные материалы.

Наиболее широко используемый полупроводник - кремний.

Что такое полупроводник?

Полупроводники - это материалы, которые могут действовать как электрические проводники или как электрические изоляторы, в зависимости от физических условий, в которых они находятся. Эти условия обычно включают температура и Давление, падении излучения или интенсивности электрическое поле или магнитное поле которому подвергается материал.

Полупроводники состоят из химические элементы очень разные между собой, которые на самом деле происходят из регионов, отличных от Периодическая таблица, но у них есть определенные химические свойства (обычно они четырехвалентны), которые придают им особые электрические свойства. В настоящее время наиболее широко используемым полупроводником является кремний (Si), особенно в промышленности. электроника и из вычисление.

Помимо изоляционных материалов, полупроводники были открыты в 1727 году английским физиком и естествоиспытателем Стивеном Греем (1666-1736), но законы, описывающие их поведение и свойства, были описаны гораздо позже, в 1821 году, известным немецким физиком Георгом Саймоном. (1789-1854).

Полупроводниковые приложения

Полупроводники особенно полезны в электронной промышленности, поскольку они позволяют управлять и регулировать электрический ток по необходимым лекалам. По этой причине они обычно используются для:

  • Транзисторы
  • Интегральные схемы
  • Электрические диоды
  • Оптические датчики
  • Твердотельные лазеры
  • Модуляторы электропривода (например, усилитель для электрогитары)

Типы полупроводников

Полупроводники могут быть двух разных типов, в зависимости от их реакции на физическую среду, в которой они находятся:

Собственные полупроводники

Они состоят из одного типа атомы, расположенный в молекулы тетраэдрические (то есть четыре атома с валентностью 4) и их атомы, соединенные ковалентные связи.

Эта химическая конфигурация предотвращает движение свободен от электроны вокруг молекулы, за исключением повышения температуры: тогда электроны принимают участие в Энергия доступны и «прыгают», оставляя свободное пространство, которое переводится как положительный заряд, который, в свою очередь, привлекает новые электроны. Этот процесс называется рекомбинацией, и количество нагревать необходимое для этого зависит от рассматриваемого химического элемента.

Внешние полупроводники

Эти материалы допускают процесс легирования, то есть позволяют включать некоторые типы примесей в их атомную конфигурацию. В зависимости от этих примесей, которые могут быть пятивалентными или трехвалентными, полупроводниковые материалы делятся на два:

  • Внешние полупроводники N-типа (доноры). В материалах этого типа количество электронов превышает количество дырок или носителей свободного заряда («пространств» положительного заряда). Когда к материалу прикладывается разность потенциалов, свободные электроны перемещаются влево от материала, а дырки - вправо. Когда отверстия достигают крайнего правого угла, электроны из внешней цепи попадают в полупроводник, и происходит передача электрического тока.
  • Внешние полупроводники P-типа (акцепторы). В этих материалах добавленная примесь, вместо увеличения количества доступных электронов, увеличивает количество дырок. Таким образом, мы говорим о добавленном акцепторном материале, поскольку потребность в электронах выше, чем в наличии, и каждое свободное «пространство», куда должен идти электрон, служит для обслуживания для облегчения прохождения тока.

Примеры полупроводниковых материалов

Полупроводники служат модуляторами электропередачи.

Наиболее распространенные и используемые полупроводники в промышленность являются:

  • Кремний (Si)
  • Германий (Ge), часто в сплавы кремний
  • Арсенид галлия (GaAs)
  • Сера
  • Кислород
  • Кадмий
  • Селен
  • Индийский
  • Другие химические материалы, полученные в результате комбинации элементов из групп 12 и 13 периодической таблицы, с элементами из групп 16 и 15 соответственно.

Проводящие материалы

В отличие от полупроводников, у которых свойства электропроводности различаются, проводящие материалы всегда готовы передавать электричество, из-за электронной конфигурации его атомов. Эта проводимость может колебаться и в некоторой степени зависеть от физического состояния окружающей среды, поскольку электрическая проводимость это не абсолютно.

Примеры проводящих материалов составляют подавляющее большинство металлы (железо, ртуть, медь, алюминий и т. д.) и Воды.

Изоляционные материалы

Наконец, изоляционные материалы - это материалы, которые сопротивляются проводимости электричества, то есть препятствуют прохождению электроны и поэтому они полезны для защиты от электричества, предотвращения его свободного хода или короткого замыкания. Изоляторы также не изолируют со стопроцентной эффективностью. У них есть предел (напряжение пробоя), выше которого энергия настолько велика, что они не могут поддерживать свое состояние в качестве изоляторов и, следовательно, пропускают электрический ток, по крайней мере, в определенной степени.

Примеры изоляционных материалов: пластик, керамика, стекло, дерево и бумага.

!-- GDPR -->