تشکیل, آموزش متوسطه و مدارس
نمونه هایی از نیمه هادی ها. انواع، خواص، کاربردهای عملی
معروف ترین سیلیکن نیمه هادی (SI) است. اما جدا از او، بسیاری دیگر وجود دارد. نمونه های طبیعی، مانند مواد نیمه هادی به عنوان مخلوط (ZnS در خلاء)، کوپریت (مس 2 O)، گالن (PbS) و بسیاری دیگر. خانواده از نیمه هادی ها، از جمله نیمه هادی تهیه شده در آزمایشگاه ها، یکی از کلاس های متنوع ترین مواد شناخته شده برای انسان نشان دهنده.
خواص نیمه هادی ها
گازهای نجیب که از آن 13 - از 104 عناصر جدول تناوبی فلزات 79، 25 عناصر شیمیایی دارای خواص نیمه هادی و 12 - دی الکتریک. ویژگی های نیمه هادی اصلی شامل در آن هدایت خود را با افزایش دما افزایش می داد. در دماهای پایین، آنها رفتار مانند مقره ها، و در بالا - به عنوان هادی. این نیمه هادی ها از فلز: فلز مقاومت متناسب با افزایش درجه حرارت افزایش می دهد.
یکی دیگر از تفاوت از فلز نیمه هادی است که مقاومت در برابر از نیمه هادی کاهش می یابد تحت تاثیر نور، در حالی که در دومی فلزی تحت تاثیر قرار نمی. همچنین هدایت نیمه هادی ها زمانی که به مقدار کمی ناخالصی اداره متفاوت است.
نیمه هادی ها در میان ترکیبات شیمیایی با ساختارهای بلوری مختلف یافت می شود. این ممکن است عناصر مانند سیلیکون و سلنیوم، یا ترکیبات دو مانند گالیم آرسنید. بسیاری از ترکیبات آلی، مانند پلیاستیلن، (CH) N، - مواد نیمه هادی. نیمه هادی خاص نشان مغناطیسی (CD 1-X منگنز X ته) و یا خواص فروالکتریک (SBSI). دیگر آلیاژی با ابررساناها کافی تبدیل (گت و SrTiO 3). بسیاری از ابررساناهای دمای بالا به تازگی کشف شده اند فاز فلزی نیمه هادی. به عنوان مثال، لا 2 مس 4 یک نیمه هادی است، اما تشکیل آلیاژ با SR sverhrovodnikom می شود (لا 1-X از Sr X) 2 مس 4.
کتاب های درسی فیزیک را تعریف به عنوان مواد نیمه هادی با مقاومت الکتریکی از 10 -4 10 7 اهم · متر. شاید یک تعریف جایگزین. عرض باند ممنوعه از نیمه هادی - از 0 تا 3 ولت. فلزات و semimetals - مواد با صفر گاف انرژی، و ماده که در آن بیش از عایق های W ولت نامیده می شود. استثناهایی وجود دارد. برای مثال، یک الماس های نیمه هادی است گسترده ای ممنوع منطقه 6 ولت، یک نیمه عایق GaAs به - 1،5 ولت. گان، به یک ماده برای دستگاههای الکترونیک نوری در منطقه آبی، دارای عرض باند ممنوعه از 3.5 eV.
گاف انرژی
اوربیتال ظرفیت اتم ها در شبکه کریستالی به دو گروه سطوح انرژی تقسیم - منطقه آزاد، واقع در بالاترین سطح، و تعیین هدایت الکتریکی نیمه هادی ها، و نوار ظرفیت، در زیر. این سطوح، بسته به تقارن ساختار شبکه بلوری و اتم ها می توانند همدیگر را قطع می شود و یا از یکدیگر فاصله. در مورد دوم است یک شکاف انرژی، و یا به عبارت دیگر، بین مناطق باند ممنوع است.
محل و سطح پر کردن توسط خواص رسانایی ماده تعیین می شود. با توجه به این ویژگی ماده تقسیم بر هادی ها، عایق، و نیمه هادی. عرض باند ممنوعه از نیمه هادی 0.01-3 EV، گاف انرژی از دی الکتریک از 3 ولت متفاوت است. فلزات به دلیل همپوشانی سطوح شکاف انرژی هستند.
نیمه هادی ها و عایق ها، در مقابل به فلزات، الکترونهای والانس و نزدیکترین منطقه آزاد، و یا باند هدایت پر شده است، انرژی ظرفیتی است از پارگی حصار - بخشی از انرژی ممنوع الکترون است.
در دی الکتریک انرژی حرارتی و یا میدان الکتریکی قابل اغماض است به اندازه کافی به پرش از طریق این شکاف نه، الکترونها را به عنوان باند هدایت است. آنها قادر به از طریق شبکه کریستالی حرکت می کنند و حامل جریان الکتریکی تبدیل شده است.
به انرژی هدایت الکتریکی، الکترون در سطح ظرفیتی باید انرژی، که به اندازه کافی برای غلبه بر شکاف انرژی داده می شود. تنها زمانی که میزان جذب انرژی است کوچکتر از مقدار گاف انرژی نیست، از سطح الکترونی ظرفیت در سطح انتقال منتقل می کند.
در آن صورت، اگر عرض شکاف انرژی بیش از 4 ولت، هدایت نیمه هادی تابش تحریک و یا گرمایش عملا غیر ممکن است - انرژی تحریک الکترون در دمای ذوب این است که پرش گاف انرژی از طریق منطقه کافی نیست. هنگامی که حرارت داده، کریستال قبل از هدایت الکترونیکی ذوب می شود. از جمله مواد شامل کوارتز (د = 5،2 ولت)، الماس (د = 5،1 ولت)، نمک بسیاری از.
بیرونی و درونی نیمه هادی هدایت
کریستال نیمه هادی خالص دارای هدایت ذاتی است. چنین نیمه هادی نام مناسب. نیمه هادی ذاتی شامل تعداد مساوی از حفره ها و الکترون های آزاد. به هنگام حرارت هدایت ذاتی نیمه هادی ها افزایش می یابد. در دمای ثابت، یک بیماری مقدار تعادل پویا از تولید جفت الکترون حفره و تعداد ترکیب الکترونها و حفره ها، که در این شرایط ثابت باقی می ماند وجود دارد.
حضور ناخالصی به طور قابل توجهی هدایت الکتریکی نیمه هادی ها تاثیر می گذارد. اضافه کردن آنها اجازه می دهد تا حد زیادی افزایش تعداد الکترون های آزاد در یک تعداد کمی از حفره ها و افزایش تعداد سوراخ با تعداد کمی الکترون ها در سطح هدایت. نیمه هادی ناخالصی - هادی داشتن هدایت ناخالصی.
ناخالصی می توان به راحتی اهدا الکترون نامیده می شوند دهنده. ناخالصی دهنده ممکن است عناصر شیمیایی با اتم، سطح ظرفیتی که شامل الکترونهای بیشتری از اتم از مواد پایه. به عنوان مثال، فسفر و بیسموت - یک ناخالصی های کمک کننده سیلیکون است.
انرژی مورد نیاز برای پرش از یک الکترون در منطقه هدایت، انرژی فعال سازی نامیده می شود. نیمه هادی ناخالصی نیاز به مقدار زیادی کمتر از آن از مواد پایه. با حرارت خفیف و یا نور عمدتا الکترون از اتم نیمه هادی ناخالصی آزاد. محل را ترک اتم طول می کشد یک سوراخ الکترون میباشد. اما نوترکیبی الکترون حفره انجام نمی. هدایت سوراخ اهدا کننده ناچیز است. دلیل این است که مقدار کمی از اتم های ناخالصی اجازه نمی دهد الکترون های آزاد اغلب به سوراخ نزدیک تر است و آن را نگه دارید. الکترون برخی از چاله ها هستند، اما قادر به پر کردن آنها با توجه به سطح انرژی کافی نیست.
یک افزودنی کمی کمک کننده ناخالصی چند دستور تعداد الکترونهای هادی در مقایسه با تعداد الکترون های آزاد در نیمه هادی ذاتی افزایش می دهد. الکترون در اینجا - حمل اصلی اتهامات اتمی از نیمه هادی ها ناپاکی ها. این مواد متعلق به نوع n نیمه هادی ها.
ناخالصی است که اتصال الکترون از نیمه هادی، افزایش تعداد سوراخ در آن، به نام پذیرنده. ناخالصی پذیرنده عناصر شیمیایی با تعداد کمتری الکترون ها در سطح ظرفیت از پایه های نیمه هادی است. بور، گالیم، ایندیم - ناخالصی پذیرنده در سیلیکون.
ویژگی های نیمه هادی وابسته به نقص ساختار بلوری خود هستند. این باعث می شود که ضرورت تولید بلورهای بسیار خالص است. پارامترهای انتقال نیمه هادی با افزودن ناخالصی کنترل می شود. بلورهای سیلیکون دوپ شده با فسفر (عنصر زیر گروه V) است که یک اهدا کننده به ایجاد سیلیکون بلوری نوع n. برای کریستال با پذیرنده بور سیلیکون نوع p اداره می شود. نیمه هادی ها جبران تراز فرمی برای انتقال آن به وسط شکاف باند در این روش ایجاد شده است.
نیمه هادی تک عنصری
نیمه هادی شایع ترین است، البته، سیلیکون. همراه با آلمان، او نمونه اولیه از یک کلاس بزرگ از نیمه هادی ها که ساختارهای بلوری مشابه بود.
ساختار بلوری Si و جنرال الکتریک همان است که از الماس و α-قلع هستند. آن را احاطه کرده هر اتم 4 نزدیکترین اتم که به صورت یک چهار ضلعی. چنین هماهنگی است چهار بار به نام. کریستال tetradricheskoy باند پایه فولاد برای صنعت الکترونیک و نقش کلیدی در فن آوری مدرن را بازی کند. برخی از V و VI عناصر گروه جدول تناوبی نیز نیمه هادی ها هستند. نمونه هایی از این نوع نیمه هادی ها - فسفر (P)، گوگرد (S)، سلنیوم (Se) و تلوریم (ته). این نیمه هادی ها ممکن است اتم سه گانه (P)، آمونیوم (S، SE، ته) و یا یک هماهنگی چهار برابر شده است. به عنوان یک نتیجه این عناصر می تواند در چند ساختارهای کریستالی مختلف وجود داشته باشد، و همچنین در شکل شیشه ای آماده می شود. به عنوان مثال، Se در ساختار کریستال منو کلینیک و زمینهای نرم و یا به عنوان یک پنجره (که همچنین می تواند به عنوان یک پلیمر در نظر گرفته شود) افزایش یافته است.
- الماس هدایت حرارتی عالی، خواص مکانیکی و نوری بسیار عالی، استحکام مکانیکی بالا. عرض شکاف انرژی - DE = 5،47 ولت.
- سیلیکون - نیمه هادی مورد استفاده در سلول های خورشیدی، و فرم آمورف، - در یک سلول خورشیدی فیلم نازک. آن است که بیشتر در سلول های خورشیدی نیمه هادی استفاده می شود، آسان برای ساخت، دارای خواص الکتریکی و مکانیکی خوب است. DE = 1،12 ولت.
- ژرمانیوم - نیمه هادی مورد استفاده در طیف سنجی اشعه گاما، سلول های خورشیدی با کارایی بالا. مورد استفاده در دیودهای اول و ترانزیستور. این نیاز به تمیز کردن کمتر از سیلیکون است. DE = 0،67 ولت.
- سلنیوم - یک نیمه هادی است که در یکسو کننده های سلنیم داشتن مقاومت در برابر اشعه بالا و توانایی خود را شفا استفاده می شود.
ترکیبات دو بخشی
خواص نیمه هادی تشکیل عناصر 3 و 4 از گروه های جدول تناوبی شبیه خواص ترکیبات 4 گروه. گذار از 4 گروه از عناصر به ترکیبات 3/4 گرم این باعث می شود تا حدودی به دلیل ارتباطات یونی الکترونها حمل و نقل بار از یک اتم به اتم 3 گروه 4 گروه. ماهیت یونی تغییر خواص از نیمه هادی ها. این امر باعث افزایش در کولن انرژی و یون-یون تعامل گاف انرژی ساختار باند الکترون میباشد. مثال ترکیبات دوتایی از این نوع - آنتیمونید ایندیم، از InSb، GaAs به گالیم آرسنید گالیم آنتیمونید GASB، ایندیم فسفید INP، آنتیمونید آلومینیوم AlSb، گالیم فسفید شکاف.
ماهیت یونی افزایش می یابد و ارزش خود را از گروه های بیشتری در ترکیبات رشد می کند 2-6 ترکیبات مانند سلنید کادمیوم سولفید روی، سولفید کادمیوم، تلورید کادمیوم، روی سلنید. به عنوان یک نتیجه، اکثر ترکیبات 2-6 گروه از 1 ولت ممنوع باند گسترده تر، به جز ترکیبات جیوه. عطارد تلورید - بدون انرژی های نیمه هادی شکاف، نیمه فلزی، مانند α-قلع.
نیمه هادی ها 2-6 گروه با استفاده از پیدا کردن گاف انرژی بزرگتر در تولید لیزر و نمایش. گروه دودویی 6 2- ترکیب با گاف انرژی تنگ مناسب برای گیرنده های مادون قرمز است. ترکیبات دوتایی از عناصر گروه های 1-7 (CuBr مس حساس متیل (متیل) AGI یدید نقره، کلرید مس CuCl) با توجه به ماهیت یونی بالا گسترده تر باند گپ W ولت. آنها در واقع نیمه هادی ها نیست، و عایق. رشد کریستال مهار انرژی با توجه به کولن تعامل interionic تسهیل اتم ساختار نمک با سفارش ششم، به جای درجه دوم هماهنگ می کند. ترکیبات 4-6 گروه - سولفید، تلورید سرب، قلع سولفید - به عنوان نیمه هادی ها. ماهیت یونی از این مواد را نیز ترویج هماهنگی تشکیل شش برابر شده است. بسیار ماهیت یونی حضور آنها یک شکاف بسیار باریک مانع، می توان آنها را برای دریافت اشعه مادون قرمز استفاده می شود. نیترید گالیم - یک گروه مرکب 3-5 با یک شکاف انرژی گسترده، پیدا کردن نرم افزار در لیزرهای نیمه هادی و دیود ساطع نور فعال در بخش آبی طیف.
- GaAs به، گالیم آرسنید - در تقاضا پس از نیمه هادی سیلیکون دوم است که معمولا به عنوان یک بستر برای دیگر هادی ها، مورد استفاده برای مثال، GaInNAs و InGaAs در مادون قرمز setodiodah، ترانزیستور فرکانس بالا و مدارات مجتمع، سلول های خورشیدی بسیار کارآمد، دیودهای لیزری، آشکارسازهای از درمان های هسته ای. DE = 1،43 EV، که باعث بهبود دستگاه های قدرت در مقایسه با سیلیکون است. شکننده، شامل ناخالصی های بیشتر برای تولید مشکل.
- ZnS در خلاء، روی سولفید - نمک روی سولفید هیدروژن با مناطق باند ممنوع و 3.54 3.91 الکترون ولت مورد استفاده در لیزر و به عنوان یک فسفر.
- SNS، سولفید قلع - نیمه هادی مورد استفاده در photoresistors و دیودهای نوری، DE = 1،3 و 10 ولت.
اکسیدهای
اکسیدهای فلزی ترجیحا عایق عالی هستند، اما استثناهایی وجود دارد. نمونه هایی از این نوع نیمه هادی ها - اکسید نیکل، اکسید مس، اکسید کبالت، دی اکسید مس، اکسید آهن، اکسید اروپیم، اکسید روی. از آنجا که دی اکسید مس به عنوان کوپریت معدنی وجود داشته باشد، خواص آن به شدت مورد مطالعه قرار گرفت. این روش برای کشت این نوع نیمه هادی است که هنوز به طور کامل روشن است، بنابراین استفاده از آنها هنوز محدود است. یک استثنا اکسید روی (اکسید روی)، گروه های ترکیب 2/6 است، به عنوان مبدل و در تولید نوار چسب و گچ استفاده می شود.
وضعیت به طور چشمگیری تغییر پس ابررسانایی در بسیاری از ترکیبات مس با اکسیژن کشف شد. اولین ابررسانا در دمای بالا باز Bednorz و مولر، شد نیمه هادی ترکیب در لا 2 مس 4، شکاف انرژی 2 EV است. جایگزینی دو ظرفیتی و سه ظرفیتی لانتانیم، باریم و یا استرانسیوم، معرفی به حامل های بار نیمه هادی از سوراخ است. دستیابی به غلظت سوراخ را ضروری می سازد لا 2 مس 4 ابررسانا. در این زمان، بالاترین درجه حرارت انتقال به حالت ابررسانایی متعلق ترکیب HgBaCa 2 مس 3 O 8. در فشار بالا، ارزش آن 134 K می باشد.
اکسید روی، وریستور اکسید روی استفاده شده است، آبی دیود ساطع نور، سنسور گاز، سنسورهای بیولوژیکی، پوشش پنجره به منعکس کننده نور مادون قرمز، به عنوان یک هادی در صفحه نمایش ال سی دی و باتری خورشیدی. DE = 3.37 الکترون ولت.
کریستال های لایه لایه
ترکیبات دو مثل سرب diiodide، سلنید گالیم و دی سولفید مولیبدن متفاوت ساختار کریستالی لایه. لایه ها به پیوندهای کووالانسی از قدرت قابل توجهی، بسیار قوی تر از واندروالس بین لایه خود را دارند. نیمه هادی ها چنین نوع جالب هستند، زیرا الکترونها در لایه هایی از یک شبه دو بعدی رفتار کنند. اثر متقابل لایه با معرفی اتم خارج تغییر - کبیسه را.
MOS 2، دی سولفید مولیبدن در آشکارسازهای فرکانس بالا، یکسو کننده، ممریستور، ترانزیستور استفاده می شود. DE = 1،23 و 1.8 ولت.
نیمه هادی های آلی
نمونه هایی از نیمه هادی ها بر اساس ترکیبات آلی - نفتالین، پلیاستیلن (CH 2) N، آنتراسن، polydiacetylene، ftalotsianidy، polyvinylcarbazole. نیمه هادی های آلی استفاده بیش غیر آلی: آنها بسیار آسان است به انتقال به کیفیت مورد نظر. مواد با اوراق قرضه مزدوج فرم = -C = C-C دارای قابل توجهی نوری غیر خطی و با توجه به این، در اپتوالکترونیک اعمال می شود. علاوه بر این، انرژی شکاف باند ترکیب نیمه هادی آلی از فرمول متفاوت تغییر که بسیار ساده تر از آن است که از نیمه هادی معمولی است. فرمهای بلورهای فولرین کربن، گرافن، نانو لوله - همچنین نیمه هادی ها.
- فولرین دارای یک ساختار در قالب یک ugleoroda چند وجهی محدب بسته حتی تعداد اتم. دوپینگ فولرین C 60 با یک فلز قلیایی تبدیل آن به یک ابررسانا.
- لایه تک اتمی گرافیت کربن تشکیل شده است، در یک شبکه شش ضلعی دو بعدی متصل می شود. ضبط هدایت و تحرک الکترون، استحکام بالا
- نانولوله ها را به یک ورق لوله گرافیت با قطر چند نانومتر نورد. این اشکال کربن وعده های بزرگ در زمینه نانوالکترونیک. بسته به جفت ممکن است فلزی یا نیمه هادی کیفیت.
نیمه هادی های مغناطیسی
ترکیبات با یونهای مغناطیسی اروپیم و منگنز دارای خواص مغناطیسی و نیمه هادی کنجکاو. نمونه هایی از این نوع نیمه هادی ها - سولفید اروپیم، اروپیم سلنید و راه حل های جامد، مانند سی دی 1-X منگنز X ته. محتوای یون های مغناطیسی را تحت تاثیر قرار هر دو ماده خواص مغناطیسی مانند فرومغناطیس و antiferromagnetism. نیمه هادی ها Semimagnetic - سخت مغناطیسی نیمه هادی ها راه حل های که حاوی یون های مغناطیسی در غلظت کم است. چنین راه حل جامد جلب توجه چشم انداز خود را و پتانسیل بسیار زیادی از برنامه های کاربردی ممکن است. به عنوان مثال، در مقابل به نیمه هادی غیر مغناطیسی، آنها می توانند یک میلیون بار بزرگتر چرخش فارادی برسد.
اثرات magnetooptical قوی از نیمه هادی های مغناطیسی اجازه استفاده از آنها برای مدولاسیون نوری. Perovskites، مانند منگنز 0،7 کلسیم 0،3 O 3، خواص آن نسبت به گذار فلز نیمه هادی که وابستگی مستقیم به نتایج حاصل از میدان مغناطیسی در پدیده غول مغناطیس مقاومت هستند. آنها در رادیو، دستگاه های نوری، که توسط یک میدان مغناطیسی، یک دستگاه موجبر مایکروویو کنترل استفاده می شود.
مواد فروالکتریک نیمه هادی
این کریستال نوع با حضور در لحظات الکتریکی خود و وقوع قطبش خود به خود مشخص می شود. به عنوان مثال، خواص نیمه هادی ها منجر تیتانات PbTiO 3، تیتانات باریم BaTiO 3، تلورید ژرمانیم، گت، قلع تلورید SnTe، که در دماهای پایین دارای خواص فروالکتریک. این مواد در غیر خطی نوری، سنسورهای پیزوالکتریک و دستگاه های حافظه استفاده می شود.
انواع مواد نیمه هادی
علاوه بر مواد نیمه هادی بالا ذکر شد، بسیاری دیگر که تحت یکی از این نوع نمی افتد وجود دارد. ترکیبات فرمول 1-3-5 عناصر 2 (AgGaS 2) و 2-4-5 2 (ZnSiP 2) ساختار کریستالی کالکوپیریت تشکیل می دهد. تماس با ترکیبات چهار ضلعی نیمه هادی مشابه 3-5 و 2-6 گروه با روی ساختار بلوری مخلوط. ترکیبات که به صورت عناصر نیمه هادی 5 و 6 گروه (شبیه به عنوان 2 سه 3)، - نیمه هادی در قالب کریستال یا شیشه ای. کالکوژنها از بیسموت و آنتیموان در ژنراتور های نیمه هادی حرارتی استفاده می شود. از خواص این نوع نیمه هادی است که بسیار جالب توجه است، اما آنها محبوبیت با توجه به استفاده محدود به دست آورد. با این حال، این واقعیت که آنها وجود داشته باشد، تایید حضور هنوز به طور کامل مورد بررسی قرار زمینه فیزیک نیمه هادی است.
Similar articles
Trending Now