Wprowadzenie do chemii (Polski)

terminy

• półprzewodnik substancja o właściwościach elektrycznych między właściwościami dobrego przewodnika a właściwościami dobrego izolatora
• Przewodniki coś, co może transmitować elektryczność, ciepło, światło lub dźwięk
• domieszkowanieopis półprzewodnika, który miał niewielkie ilości elementów dodanych do tworzenia nośników ładunku

Półprzewodniki są materiałami, które mają właściwości zarówno normalnych przewodników, jak i izolatory., Półprzewodniki dzielą się na dwie szerokie kategorie:

• Półprzewodniki wewnętrzne składają się tylko z jednego rodzaju materiału; krzem i German to dwa przykłady. Są one również nazywane „undoped semiconductors” lub ” I-type semiconductors. „
• Półprzewodniki zewnętrzne, z drugiej strony, są wewnętrznymi półprzewodnikami z innymi substancjami dodanymi w celu zmiany ich właściwości — to znaczy zostały domieszkowane innym pierwiastkiem.,

Półprzewodniki wewnętrzne

w klasycznych półprzewodnikach krystalicznych elektrony mogą mieć Energie tylko w określonych pasmach (zakresach poziomów energetycznych). Energia tych pasm znajduje się pomiędzy energią stanu gruntu a energią swobodnych elektronów (energia potrzebna do całkowitego wydostania się elektronu z materii). Pasma energii odpowiadają dużej liczbie dyskretnych stanów kwantowych elektronów. Większość stanów o niskiej energii (bliżej jądra) jest zajęta, aż do określonego pasma zwanego pasmem walencyjnym.,

Półprzewodniki i izolatory różnią się od metali populacją elektronów w każdym paśmie. Pasmo walencyjne w danym metalu jest prawie wypełnione elektronami w zwykłych warunkach. W półprzewodnikach tylko kilka elektronów istnieje w paśmie przewodnictwa tuż powyżej pasma walencyjnego, a izolator prawie nie ma wolnych elektronów.

Półprzewodniki i izolatory wyróżniają się dodatkowo względną szczeliną pasma. W półprzewodnikach szczelina pasma jest niewielka, dzięki czemu elektrony wypełniają pasmo przewodnictwa. W izolatorach jest duża, co utrudnia przepływ elektronów przez pasmo przewodnictwa.

Półprzewodniki zewnętrzne

nazwa „Półprzewodniki zewnętrzne” może być nieco myląca., Podczas gdy Materiały izolacyjne mogą być domieszkowane, aby stać się półprzewodnikami, wewnętrzne Półprzewodniki mogą być również domieszkowane, co powoduje półprzewodnik zewnętrzny. Istnieją dwa rodzaje półprzewodników pozaziemskich, które wynikają z dopingu: atomy, które mają dodatkowy elektron (Typ N dla ujemnych, z grupy V, takich jak fosfor) i atomy, które mają o jeden elektron mniej (typ p dla dodatnich, z grupy III, takich jak bor).

w produkcji półprzewodników domieszkowanie celowo wprowadza zanieczyszczenia do niezwykle czystego lub wewnętrznego półprzewodnika w celu zmiany jego właściwości elektrycznych., Zanieczyszczenia zależą od rodzaju półprzewodnika. Półprzewodniki lekko i umiarkowanie domieszkowane są określane jako zewnętrzne. Kiedy półprzewodnik jest domieszkowany do tak wysokiego poziomu, że działa bardziej jak przewodnik niż półprzewodnik, jest określany jako Degenerat.

Półprzewodniki typu N

Półprzewodniki typu N są rodzajem półprzewodników zewnętrznych, w których atomy domieszkowe są w stanie dostarczyć dodatkowe elektrony przewodzące materiał gospodarza (np. fosfor w krzemie). Tworzy to nadmiar ujemnych (typu n) nośników ładunku elektronów.,

atom dopingowy ma zwykle o jeden elektron walencyjny więcej niż jeden typ atomów gospodarza. Najczęstszym przykładem jest substytucja atomowa w bryłach grupy IV przez elementy grupy V. Sytuacja jest bardziej niepewna, gdy host zawiera więcej niż jeden typ atomu., Na przykład w półprzewodnikach III-V, takich jak arsenek galu, krzem może być dawcą, gdy zastępuje gal lub akceptorem, gdy zastępuje arsen. Niektóre donory mają mniej elektronów walencyjnych niż gospodarza, takich jak metale alkaliczne, które są dawcami w większości ciał stałych.

Półprzewodniki typu P

półprzewodnik typu p (p dla „dodatniego”) jest tworzony przez dodanie pewnego rodzaju atomu do półprzewodnika w celu zwiększenia liczby nośników wolnego ładunku. Po dodaniu materiału dopingującego odbiera (akceptuje) słabo związane elektrony zewnętrzne z atomów półprzewodnikowych., Ten rodzaj środka dopingującego jest również znany jako materiał akceptora, a pustka pozostawiona przez elektron jest znana jako dziura. Celem dopingu typu p jest stworzenie obfitości dziur.

w przypadku krzemu trójwartościowy atom jest podstawiany do sieci krystalicznej., Rezultatem jest brak jednego elektronu w jednym z czterech wiązań kowalencyjnych, które normalnie są częścią sieci Krzemowej. Dlatego atom domieszkowany może przyjąć elektron z wiązania kowalencyjnego sąsiedniego atomu, aby zakończyć czwarte Wiązanie. Dlatego te domieszki nazywane są akceptorami.

Gdy atom domieszkowany przyjmuje elektron, powoduje to utratę połowy jednego wiązania z sąsiedniego atomu, w wyniku czego powstaje dziura. Każdy otwór jest związany z pobliskim ujemnie naładowanym Jonem domieszkowym, a półprzewodnik pozostaje ogólnie neutralny elektrycznie., Jednak gdy każda dziura zawędrowała do sieci, jeden proton w atomie w miejscu dziury zostanie „odsłonięty” i nie będzie już anulowany przez elektron. Atom ten będzie miał trzy elektrony i jedną dziurę otaczającą określone jądro z czterema protonami.

z tego powodu dziura zachowuje się jak ładunek dodatni. Gdy dodana zostanie wystarczająco duża liczba atomów akceptora, otwory znacznie przewyższają liczbę wzbudzonych termicznie elektronów. Tak więc dziury są nośnikami większościowymi, podczas gdy elektrony stają się nośnikami mniejszościowymi w materiałach typu P.