Mis on pooljuht

Koos elektrijuhtidega on looduses palju aineid, mille elektrijuhtivus on oluliselt väiksem kui metalljuhtidel. Seda tüüpi aineid nimetatakse pooljuhtideks.

Pooljuhtide hulka kuuluvad: teatud keemilised elemendid nagu seleen, räni ja germaanium, väävliühendid nagu talliumsulfiid, kaadmiumsulfiid, hõbesulfiid, karbiidid nagu karborund, süsinik (teemant), boor, tina, fosfor, antimon, arseen, telluur, jood , ja hulk ühendeid, mis sisaldavad vähemalt ühte Mendelejevi süsteemi 4–7 rühma elementidest. On ka orgaanilisi pooljuhte.

Pooljuhi elektrijuhtivuse olemus sõltub pooljuhi alusmaterjalis sisalduvate lisandite tüübist ja selle koostisosade tootmistehnoloogiast.

Pooljuht — aine koos elektrijuhtivus 10-10 — 104 (oomi x cm)-1, mis paiknevad nende omaduste juures juhtme ja isolaatori vahel.Juhtide, pooljuhtide ja isolaatorite erinevus ribateooria järgi on järgmine: puhastes pooljuhtides ja elektroonilistes isolaatorites on täidetud (valents)riba ja juhtivusriba vahel keelatud energiariba.

Miks pooljuhid juhivad voolu

Pooljuhil on elektrooniline juhtivus, kui selle lisandiaatomite välised elektronid on suhteliselt nõrgalt seotud nende aatomite tuumadega. Kui seda tüüpi pooljuhtides tekib elektriväli, siis selle välja jõudude mõjul lahkuvad pooljuhi lisandiaatomite väliselektronid oma aatomite piiridest ja muutuvad vabadeks elektronideks.

Vabad elektronid tekitavad pooljuhis elektrivälja jõudude mõjul elektrijuhtivusvoolu. Seetõttu on elektrivoolu olemus elektrit juhtivates pooljuhtides sama, mis metalljuhtides. Kuid kuna pooljuhi ruumalaühikus on vabu elektrone mitu korda vähem kui metalljuhi ruumalaühikus, on loomulik, et kui kõik muud tingimused on samad, on pooljuhi vool mitu korda väiksem kui metallis. dirigent.

Pooljuhil on "augu" juhtivus, kui selle lisandi aatomid mitte ainult ei loobu oma välistest elektronidest, vaid, vastupidi, kipuvad püüdma pooljuhi põhiaine aatomite elektrone. Kui lisandiaatom võtab põhiaine aatomilt elektroni ära, siis viimases moodustub elektronile omamoodi vaba ruum - "auk".

Pooljuhi aatomit, mis on kaotanud elektroni, nimetatakse "elektroniauguks" või lihtsalt "auguks".Kui "auk" on täidetud naaberaatomilt ülekantud elektroniga, siis see elimineeritakse ja aatom muutub elektriliselt neutraalseks ning "auk" liigub elektroni kaotanud naaberaatomi juurde. Seega, kui "augu" juhtivusega pooljuhile rakendatakse elektrivälja, liiguvad "elektronaugud" selle välja suunas.

«Elektroniaukude» nihe elektrivälja toimesuunas sarnaneb positiivsete elektrilaengute liikumisega väljas ja on seetõttu pooljuhi elektrivoolu nähtus.

Pooljuhte ei saa nende elektrijuhtivuse mehhanismi järgi rangelt eristada, sest koos "Hole" juhtivusega võib sellel pooljuhil olla ühel või teisel määral elektrooniline juhtivus.

Pooljuhte iseloomustavad järgmised omadused:

• juhtivuse tüüp (elektrooniline - n-tüüpi, auk -p -tüüpi);

• vastupanu;

• laengukandja eluiga (vähemus) või difusiooni pikkus, pinna rekombinatsiooni kiirus;

• dislokatsiooni tihedus.

Vaata ka: Pooljuhtide voolu-pinge omadused Räni on kõige levinum pooljuhtmaterjal

Temperatuuril on olendid, mis mõjutavad pooljuhtide omadusi. Selle tõus toob peamiselt kaasa resistentsuse vähenemise ja vastupidi, s.o. pooljuhte iseloomustab negatiivse olemasolu temperatuuri takistustegur… Absoluutse nulli lähedal muutub pooljuht isolaatoriks.

Paljud seadmed põhinevad pooljuhtidel. Enamasti tuleb need saada üksikute kristallide kujul.Soovitud omaduste saamiseks legeeritakse pooljuhte erinevate lisanditega. Lähtepooljuhtmaterjalide puhtusele seatakse kõrgendatud nõuded.

Pooljuhtseadmed

Pooljuhtide kuumtöötlus

Pooljuhi kuumtöötlus — pooljuhi kuumutamine ja jahutamine etteantud programmi järgi, et muuta selle elektrofüüsikalisi omadusi.

Muutused: kristallide modifikatsioon, dislokatsioonitihedus, vabade kohtade või struktuursete defektide kontsentratsioon, juhtivuse tüüp, kontsentratsioon, liikuvus ja laengukandjate eluiga. Viimased neli võivad lisaks olla seotud lisandite ja struktuurivigade vastasmõjuga või lisandite difusiooniga kristallide põhimassis.

Germaaniumiproovide kuumutamine temperatuurini >550 °C ja sellele järgnev kiire jahutamine toob kaasa termiliste aktseptorite ilmumise kontsentratsioonides, mida kõrgem on temperatuur. Hilisem lõõmutamine samal temperatuuril taastab esialgse vastupidavuse.

Selle nähtuse tõenäoliseks mehhanismiks on vase lahustumine germaaniumivõres, mis difundeerub pinnalt või oli varem ladestunud nihestustele. Aeglane lõõmutamine põhjustab vase ladestumist struktuuridefektidele ja väljub võrest. Võimalikud on ka uute struktuurivigade ilmnemine kiirel jahutamisel. Mõlemad mehhanismid võivad lühendada kasutusiga, mis on katseliselt kindlaks tehtud.

Ränis temperatuuril 350–500 ° tekib termiliste doonorite moodustumine seda suuremates kontsentratsioonides, mida rohkem hapnikku ränis kristallide kasvu ajal lahustub. Kõrgematel temperatuuridel soojusdoonorid hävivad.

Kuumutamine temperatuurini 700–1300 ° vähendab järsult vähemuslaengukandjate eluiga (> 1000 ° juures mängib otsustavat rolli lisandite difusioon pinnalt). Räni kuumutamine temperatuuril 1000-1300 ° mõjutab valguse optilist neeldumist ja hajumist.

Pooljuhtide rakendus

Kaasaegsetes tehnoloogiates on pooljuhid leidnud kõige laiemat rakendust; neil on olnud väga tugev mõju tehnoloogia arengule. Tänu neile on võimalik oluliselt vähendada elektroonikaseadmete kaalu ja mõõtmeid. Kõikide elektroonikavaldkondade areng toob kaasa suure hulga mitmekülgsete pooljuhtseadmetel põhinevate seadmete loomise ja täiustamise. Pooljuhtseadmed on mikroelementide, mikromoodulite, kõvade vooluahelate jms aluseks.

Pooljuhtseadmetel põhinevad elektroonikaseadmed on praktiliselt inertsitud. Hoolikalt ehitatud ja hästi tihendatud pooljuhtseade võib vastu pidada kümneid tuhandeid tunde. Mõnel pooljuhtmaterjalil on siiski väike temperatuuripiirang (näiteks germaanium), kuid mitte väga keeruline temperatuuri kompenseerimine või seadme alusmaterjali asendamine mõne muuga (näiteks räni, ränikarbiid) kõrvaldab selle puuduse suuresti. Pooljuhtseadmete tootmistehnoloogia kasutamine vähendab endiselt olemasolevat parameetrite hajumist ja ebastabiilsust.

Pooljuhid elektroonikas

Pooljuhtides tekkivat pooljuht-metall-kontakti ja elektron-auk-siidet (n-p-siirde) kasutatakse pooljuhtdioodide valmistamisel.Topeltristmikud (p-n-p või n-R-n) — transistorid ja türistorid. Neid seadmeid kasutatakse peamiselt elektriliste signaalide parandamiseks, genereerimiseks ja võimendamiseks.

Pooljuhtide fotoelektrilisi omadusi kasutatakse fototakistite, fotodioodide ja fototransistoride loomiseks. Pooljuht toimib võnkumiste ostsillaatorite (võimendite) aktiivse osana pooljuhtlaserid… Kui elektrivool läbib pn-siirde edasisuunas, ühinevad laengukandjad – elektronid ja augud – footonite emissiooniga, mida kasutatakse LED-ide loomiseks.

LEDid

Pooljuhtide termoelektrilised omadused võimaldasid luua pooljuhtide termoelektrilisi takistusi, pooljuhtide termopaare, termopaare ja termoelektrigeneraatoreid ning pooljuhtide termoelektrilist jahutamist Peltieri efekti alusel, — termoelektrilisi külmikuid ja termostabilisaatoreid.

Pooljuhte kasutatakse mehaanilistes soojus- ja päikeseenergia muundurites elektrilistes — termoelektrilistes generaatorites ja fotoelektrilistes muundurites (päikesepatareides).

Pooljuhile rakendatav mehaaniline pinge muudab selle elektritakistust (efekt on tugevam kui metallidel), mis on pooljuhtide deformatsioonimõõturi aluseks.

Pooljuhtseadmed on maailmapraktikas laialt levinud, muutes elektroonikas revolutsiooni, need on aluseks järgmiste toodete väljatöötamisele ja tootmisele:

• mõõteseadmed, arvutid,

• seadmed igat tüüpi side ja transpordi jaoks,

• tööstusprotsesside automatiseerimiseks,

• uurimisseadmed,

• rakett,

• meditsiiniseadmed

• muud elektroonilised seadmed ja seadmed.

Pooljuhtseadmete kasutamine võimaldab luua uusi seadmeid ja täiustada vanu, mis tähendab, et see vähendab nende suurust, kaalu, energiatarbimist ja seega vähendab soojuse teket vooluringis, suurendab tugevust, kohest valmisolekut tegutsemiseks, annab saate suurendada elektroonikaseadmete kasutusiga ja töökindlust.