полупроводници

Физически

2022

Обясняваме какво е електрически полупроводник, неговите видове, приложения и примери. В допълнение, проводими и изолационни материали.

Най-широко използваният полупроводник е силиций.

Какво е полупроводник?

Полупроводниците са материали, които могат да действат като електрически проводници или като електрически изолатори, в зависимост от физическите условия, в които се намират. Тези състояния обикновено включват температура и на налягане, честотата на радиация или интензитетите на електрическо поле или магнитно поле на които е подложен материалът.

Полупроводниците се състоят от химични елементи много разнообразни помежду си, които всъщност идват от региони, различни от Периодичната таблица, но те споделят определени химични характеристики (обикновено те са четиривалентни), които им придават специфичните им електрически свойства. В момента най-широко използваният полупроводник е силиций (Si), особено в индустрията електроника и на изчисление.

Заедно с изолационните материали, полупроводниците са открити през 1727 г. от английския физик и натуралист Стивън Грей (1666-1736), но законите, които описват тяхното поведение и свойства, са описани много по-късно, през 1821 г., от известния немски физик Георг Симон. (1789-1854).

Полупроводникови приложения

Полупроводниците са особено полезни в електронната индустрия, тъй като позволяват задвижване и модулиране на електрически ток според необходимите шаблони. Поради тази причина е обичайно те да са свикнали да:

  • Транзистори
  • Интегрални схеми
  • Електрически диоди
  • Оптични сензори
  • Твърдотелни лазери
  • Електрически модулатори за задвижване (като усилвател за електрическа китара)

Видове полупроводници

Полупроводниците могат да бъдат от два различни типа, в зависимост от реакцията им към физическата среда, в която се намират:

Вътрешни полупроводници

Те са съставени от един вид атоми, подредени в молекули тетраедрични (тоест четири атома с валентност 4) и техните атоми, свързани с ковалентни връзки.

Тази химическа конфигурация предотвратява движение свободен от електрони около молекулата, с изключение на повишаване на температурата: тогава електроните поемат част от Енергия на разположение и „скочи“, оставяйки свободно пространство, което се превежда като положителен заряд, което от своя страна ще привлече нови електрони. Този процес се нарича рекомбинация, а количеството на топлина необходими за това зависи от въпросния химичен елемент.

Външни полупроводници

Тези материали позволяват процес на допинг, тоест позволяват някои видове примеси да бъдат включени в тяхната атомна конфигурация. В зависимост от тези примеси, които могат да бъдат петвалентни или тривалентни, полупроводниковите материали се разделят на две:

  • Външни полупроводници от N-тип (донори). В тези видове материали електроните превъзхождат броя на дупките или носителите на свободен заряд („пространства“ на положителен заряд). Когато се приложи потенциална разлика към материала, свободните електрони се движат отляво на материала, а дупките след това надясно. Когато дупките достигнат най-дясно, електроните от външната верига влизат в полупроводника и се осъществява предаването на електрически ток.
  • Външни полупроводници от P-тип (акцептори). В тези материали добавеният примес, вместо да увеличава наличните електрони, увеличава дупките.По този начин говорим за добавен акцепторен материал, тъй като има по-голямо търсене на електрони, отколкото наличност и всяко свободно „пространство“, където трябва да отиде един електрон, служи за улесняване на преминаването на тока.

Примери за полупроводникови материали

Полупроводниците служат като модулатори на електрическото предаване.

Най-често срещаните и използвани полупроводници в индустрия са:

  • силиций (Si)
  • Германий (Ge), често в сплави силиций
  • галиев арсенид (GaAs)
  • сяра
  • Кислород
  • кадмий
  • Селен
  • индийски
  • Други химични материали, получени от комбинацията на елементи от групи 12 и 13 на периодичната таблица с елементи от групи съответно 16 и 15.

Провеждащи материали

За разлика от полупроводниците, чиито свойства на електрическа проводимост варират, проводимите материали винаги са готови да предават електричество, поради електронната конфигурация на атомите му. Тази проводимост може да варира и да бъде повлияна до известна степен от физическото състояние на околната среда след електрическа проводимост не е абсолютно.

Примерите за проводими материали са по-голямата част от метали (желязо, живак, медни, алуминий и др.) и Вода.

Изолационни материали

И накрая, изолационните материали са тези, които се противопоставят на проводимостта на електричеството, тоест, които предотвратяват преминаването на електрони и следователно те са полезни, за да се предпазят от електричество, да му попречат да работи свободно или от късо съединение. Изолаторите също не изолират сто процента ефективно, те имат граница (напрежение на пробив), над която енергията е толкова интензивна, че те не могат да поддържат състоянието си като изолатори и следователно предават електрически ток, поне в известна степен.

Примери за изолационни материали са пластмасов, керамика, стъкло, дърво и хартия.

!-- GDPR -->