pooljuhid

Füüsiline

2022

Selgitame, mis on elektriline pooljuht, selle tüübid, rakendused ja näited. Lisaks juhtivad ja isoleermaterjalid.

Kõige laialdasemalt kasutatav pooljuht on räni.

Mis on pooljuht?

Pooljuhid on materjalid, mis olenevalt füüsikalistest tingimustest, milles need asuvad, võivad toimida elektrijuhtide või elektriisolaatoritena. Need tingimused hõlmavad tavaliselt temperatuuri ja Surve, kiirguse esinemissagedust või intensiivsust elektriväli või magnetväli millele materjal allutatakse.

Pooljuhid koosnevad keemilised elemendid omavahel väga mitmekesised, mis tegelikult pärinevad muudest piirkondadest peale Perioodilisustabel, kuid neil on ühised teatud keemilised tunnused (tavaliselt on nad neljavalentsed), mis annavad neile nende erilised elektrilised omadused. Praegu on enim kasutatav pooljuht räni (Si), eriti tööstuses elektroonika ja andmetöötlus.

Koos isoleermaterjalidega avastas pooljuhid 1727. aastal inglise füüsik ja loodusteadlane Stephen Gray (1666-1736), kuid nende käitumist ja omadusi kirjeldavaid seadusi kirjeldas palju hiljem, 1821. aastal kuulus saksa füüsik Georg Simon Ohm. (1789-1854).

Pooljuhtide rakendused

Pooljuhid on eriti kasulikud elektroonikatööstuses, kuna need võimaldavad juhtida ja moduleerida elektrivool vastavalt vajalikele mustritele. Sel põhjusel on tavaline, et nad on harjunud:

  • Transistorid
  • Integraallülitused
  • Elektrilised dioodid
  • Optilised andurid
  • Tahkislaserid
  • Elektriajami modulaatorid (nagu elektrikitarri võimendi)

Pooljuhtide tüübid

Pooljuhte võib olla kahte erinevat tüüpi, olenevalt nende reaktsioonist füüsilisele keskkonnale, milles nad asuvad:

Sisemised pooljuhid

Need koosnevad ühest tüübist aatomid, korraldatud aastal molekulid tetraeedrilised (st neli aatomit valentsiga 4) ja nende aatomid on ühendatud kovalentsed sidemed.

See keemiline konfiguratsioon takistab liikumine vaba elektronid molekuli ümber, välja arvatud temperatuuri tõus: siis võtavad elektronid osa Energia saadaval ja “hüppama”, jättes vaba ruumi, mis tõlgitakse positiivseks laenguks, mis omakorda tõmbab ligi uusi elektrone. Seda protsessi nimetatakse rekombinatsiooniks ja selle koguseks soojust selle vajalikkus sõltub kõnealusest keemilisest elemendist.

Välised pooljuhid

Need materjalid võimaldavad dopinguprotsessi, see tähendab, et nad võimaldavad teatud tüüpi lisandeid kaasata nende aatomikonfiguratsiooni. Sõltuvalt nendest lisanditest, mis võivad olla viie- või kolmevalentsed, jagatakse pooljuhtmaterjalid kaheks:

  • N-tüüpi välised pooljuhid (doonorid). Seda tüüpi materjalides on elektronide arv suurem kui vaba laengu auke või kandjaid (positiivse laengu "ruume"). Kui materjalile rakendatakse potentsiaalide erinevust, liiguvad vabad elektronid materjalist vasakule ja augud siis paremale. Kui augud jõuavad parempoolsesse serva, sisenevad välisahela elektronid pooljuhti ja toimub elektrivoolu ülekanne.
  • Välised P-tüüpi pooljuhid (aktseptorid). Nendes materjalides suurendab lisanduv lisand olemasolevate elektronide arvu suurendamise asemel auke, seega räägime lisatud aktseptormaterjalist, kuna nõudlus elektronide järele on suurem kui kättesaadavus ja iga vaba "ruum", kuhu elektron peaks minema, teenib voolu läbimise hõlbustamiseks.

Näited pooljuhtmaterjalidest

Pooljuhid toimivad elektriülekande modulaatoritena.

Kõige levinumad ja kasutatavad pooljuhid tööstusele on:

  • Räni (Si)
  • Germaanium (Ge), sageli sisse sulamid räni
  • galliumarseniid (GaAs)
  • Väävel
  • Hapnik
  • Kaadmium
  • Seleen
  • Indiaanlane
  • Muud keemilised materjalid, mis tulenevad perioodilisuse tabeli rühmade 12 ja 13 elementide kombinatsioonist vastavalt rühmade 16 ja 15 elementidega.

Juhtivad materjalid

Erinevalt pooljuhtidest, mille elektrijuhtivusomadused on erinevad, on juhtivad materjalid alati valmis edastama elektrit, selle aatomite elektroonilise konfiguratsiooni tõttu. See juhtivus võib kõikuda ja seda võib teatud määral mõjutada keskkonna füüsiline seisund alates elektrijuhtivus see ei ole absoluutne.

Juhtivate materjalide näited on valdav enamus metallid (raud, elavhõbe, vask, alumiinium jne) ja Vesi.

Isolatsioonimaterjalid

Lõpuks on isolatsioonimaterjalid need, mis takistavad elektrijuhtivust, st takistavad selle läbipääsu elektronid ja seetõttu on need kasulikud, et kaitsta end elektri eest, vältida selle vaba liikumist või lühise eest. Isolaatorid ei isoleeri ka sada protsenti tõhusalt, neil on piir (läbilöögipinge), millest kõrgemal on energia nii intensiivne, et nad ei suuda säilitada isolaatorina oma seisundit ja seetõttu vähemalt teatud määral elektrivoolu edasi kanda.

Isolatsioonimaterjalide näited on plastist, keraamika, klaas, puit ja paber.

!-- GDPR -->