Полупроводники, благодаря своим качествам, стали востребованным материалом во многих отраслях. Они выделяются маленьким весом и габаритами, высокой надежностью, низким энергопотреблением, не чувствительны к магнитным полям. На термисторы похожи фоторезисторы, в которых изменение сопротивления происходит при освещении их видимым светом.
Открытие полупроводниковых материалов: от прошлого к настоящему
- В целом, полупроводниковая технология продолжит развиваться и вносить свой вклад в создание новых и инновационных решений, которые способствуют прогрессу науки, техники и общества.
- Перовскитные солнечные элементы обладают высокими показателями эффективности преобразования света в электрическую энергию и могут стать серьезной альтернативой традиционным кремниевым солнечным батареям.
- Полупроводники нашли применение в схемах радиотехники в качестве разнообразных деталей.
- Донорная примесь в решётке кремния (образуется свободный электрон).
- Создание в кристаллах полупроводников нескольких р-n-переходов открывает возможности для изготовления транзисторов и интегральных схем.
- Здесь латинская буква n происходит от слова «negative» (негатив) — то есть «отрицательный».
- Проводимость полупроводника, возникающая в полупроводнике вследствие нарушения валентных связей, называется собственной проводимостью.
- Оптические переходы в полупроводниках, при которых импульс электрона почти не меняется называются прямыми или вертикальными.
- Поэтому материал для полупроводников выращивают в лабораториях, «вытягивая» расплавленное вещество.
Свободное движение электронов вызывает дисбаланс, который генерирует либо положительный, либо отрицательный заряд. В p-зоне основными носителями заряда являются дырки, а в n-зоне – электроны. При сваривании обеих полупроводников часть электронов вследствие диффузии из n-зоны перейдет в р-зону, где есть дырки, и часть из них нейтрализуются вблизи контакта.
3 Диоды и транзисторы: основные полупроводниковые компоненты
В силу того, используется чистое вещество либо, в которое внесены примеси, проводимость может иметь различный характер. По различным прогнозам, минимальный срок для преодоления кризиса в отрасли составляет 2 года. В настоящий момент полупроводники продолжают расти в цене, а вместе с ними и различное оборудование – от игровых консолей до видеокарт для майнинга криптовалюты. Из-за сложности производства и себестоимости ни одна страна не производит полупроводники от начала до конца. Производство станков и комплектующих, программное обеспечение находятся в разных государствах.
Электрическая проводимость таких материалов меняется под влиянием температур. Это качество позволяет применять их в приборах, связанных с температурными измерениями. Они намного чувствительнее, чем простые металлические термометры сопротивления. Главным признаком диэлектриков является зависимость их проводимости от температуры. Так, если взять металлический проводник и нагревать его, то сопротивление такого проводника будет увеличиваться (рис. 1.65-а). Безо всяких сомнений, полупроводники — основа современной электроники, и останутся таковыми по крайней мере еще многие столетия.
Затем були разрезают на тонкие пластины-подложки толщиной всего в несколько миллиметров, которые шлифуются и полируются до безупречного зеркального блеска. После этого на них методом фотолитографии с использованием интенсивного света наносятся функциональные рисунки (такие как резисторы, транзисторы и конденсаторы). В следующей статье мы расскажем о создании микрочипа, рождении современной Кремниевой долины, а также о состоянии полупроводниковой индустрии сегодня.
Полупроводники — что это такое
- Следующий этап заключается в фотолитографии рельефа на пластине и добавлении примесей.
- В обратной полярности ток также имеется, но его величина, по сравнению с прямым, намного меньше.
- Тем не менее, у них было как минимум два существенных недостатка — они сильно нагревались и не могли работать на высоких температурах.
- Собственные полупроводники, такие как кремний и германий, не содержат примесей, поэтому их электрические характеристики полностью определяются особенностями самого материала.
- Более подробно устройство полупроводниковых приборов можно изучить во время очного обучения электронике.
- Но, самое главное, развитие ПП-микроэлектроники дало нам микросхемы – устройства, содержащие внутри себя сотни, тысячи, миллионы сверхминиатюрных транзисторов, диодов, резисторов, конденсаторов.
- В этом случае примесь является трехвалентным полупроводниковым элементом; то есть с тремя (3) электронами в своей валентной оболочке.
- Пока на полупроводниковом материале не возникнет внешнего поля, каждому электрону, перемещающемуся в одном направлении, будет противопоставляться движение частиц в противоположную сторону.
- Эти кристаллы могут выглядеть как алмаз (если в качестве полупроводникового материала используется углерод) или как серебристое металлическое вещество (если в качестве полупроводникового материала используется кремний).
- В качестве полупроводника в нем был использован германий — его научились очищать и выращивать раньше, чем кремний.
Учитывая их свойства, можно менять проводимость материалов, воздействуя на них магнитными силами (полем). Магнитные полупроводники представляют собой ферромагнетики с собственной магнитной подрешёткой, а немагнитные – диамагнитную кристаллическую матрицу. Немагнитные включают в себя элементы, химические соединения, твёрдые растворы. В полупроводниках с ионной кристаллической решёткой атомы связаны кулоновскими силами, например, сульфид свинца.
Объёмные свойства полупроводника могут сильно зависеть от наличия дефектов в кристаллической структуре. И поэтому стремятся выращивать очень чистые вещества, в основном для электронной промышленности. Легирующие примеси вводят для управления величиной и типом проводимости полупроводника. Например, широко распространённый кремний можно легировать элементом V подгруппы периодической системы элементов — фосфором, который является донором, и создать n-Si. Для получения кремния с дырочным типом проводимости (p-Si) используют бор (акцептор).
При подключении к источнику напряжения полупроводник будет передавать энергию при определенных условиях, но если вы измените условия, то количество энергии, проходящее через полупроводник, также изменится. Без электроэнергии даже самый современный полупроводник останется всего лишь красивым камнем. В настоящее время полупроводниковые приборы находят широкое применение в радиотехнике, автоматике, вычислительной технике, телемеханике. Светодиодах, используемых в качестве источника инфракрасного излучения, знаковых индикаторах, полупроводниковых лазерах. Поскольку оба эти элемента при преодолении перехода переносят электрический заряд – в цепи начнет течь постоянный ток (фото ниже). Собственные полупроводники, максимальная доля примеси в которых составляет 1 на 10 миллиардов, являются плохими проводниками.
Переходные металлы в свою очередь являются отличными проводниками тепла. Но если вы нагреете медный провод, он станет менее проводящим и будет вести себя скорее как электрический изолятор. Нагревание полупроводников, наоборот, делает их более проводящими.
«РБК Тренды» объясняют, что такое полупроводники, как они работают и в каких сферах применяются. Одним из первых на необычную температурную зависимость сульфида серебра (Ag2S) обратил внимание выдающийся британский физик-экспериментатор М. Электрическое сопротивление этого соединения, имеющего в своём составе значительную долю серебра и считавшегося в то время металлом, при нагревании падало. Фарадей обнаружил ещё пять веществ с аналогичными свойствами (сульфид ртути HgS, фторид свинца PbF2 и ряд других). Помимо окислов используются феррит, аморфные стёкла и многие другие соединения.(AIBIIIC2VI, AIBVC2VI, AIIBIVC2V, AIIB2IIC4VI, AIIBIVC3VI). Для получения монокристаллов полупроводников используют различные методы физического и химического осаждения.
Вырвавшийся из межатомной связи электрон становится «свободным», а там где он находился до этого, образуется пустое место, которое условно называют дыркой. Большая часть полупроводников, образованных четырехвалентными атомами, имеет собственную проводимость. При воздействии электрического поля в материалах начинается движение носителей заряда. Зависимость между скоростью движения и величиной напряженности электрического поля при отсутствии влияния нагрева называется подвижностью. Рост числа взаимных столкновений является причиной того, что при увеличении концентрации подвижность падает. Дырочный полупроводник или р-тип (от латинского positive – положительный) содержит в структуре примесные трёхвалентные атомы, акцепторы.
Создание в кристаллах полупроводников нескольких р-n-переходов открывает возможности для изготовления транзисторов и интегральных схем. Эта особенность реализована в светодиодах, которые имеют большой КПД и с успехом конкурируют с лампами накаливания.Свойства р-n-перехода используются и в транзисторе. Он имеет два связанных друг с другом р-n-перехода, технология изготовления которых похожа на технологию изготовления диода. Система р-n-р или n-р-n -переходов транзистора работает в различных электронных приборах, выполняя роль усилителя или электронного ключа. Полупроводниковые приборы вытеснили электронные лампы и другие классические радиокомпоненты почти из всех видов техники.
Самой употребляемой схемой включения транзистора является схема включения с общим эмиттером, при которой через базу и эмиттер ток распространяется на коллектор. Если полупроводник расположить в электрическом поле, то электроны и дырки приобретут некоторую скорость вдоль линий поля и в полупроводнике возникнет электрический ток. Поскольку при нагревании увеличивается концентрация электронов и дырок, то при нагревании сопротивление полупроводника уменьшается. При небольших температурах, близких к абсолютному нулю, в описанном выше идеальном кристалле, который состоит из одинаковых атомов, ист дефектов кристаллической решетки, свободные носители заряда отсутствуют. Такой кристалл является идеальным диэлектриком и пс проводит электрический ток.
В совокупности это делает его востребованным при выпуске электронных приборов ограничения перенапряжения, варисторов, разрядников, тиристоров и иных коммутационных устройств, а также для высоковольтных диодов. За последние 70 лет полупроводники стали ключевым элементом в производстве электроники. С момента изобретения транзистора мир электроники всегда находился на экспоненциальной кривой с точки зрения исследований, разработок, производства, создания новых устройств и технологий. Электроны не ведут себя как объекты на макроуровне; во многом игнорируя законы кинематики Ньютона.