1.1 Увод у полуводиче
Полуководствени уређаји су основне компоненте електронских кола и они су направљени од полуводичких материјала. Посемички материјали су дефинисани као супстанце са електричном проводљивошћу између проводника и изолатора. Поред проводљивости између којом проводника и изолатора, полуводичи такође поседују следећа својства:
1, пораст температуре може значајно побољшати проводљивост полуводича. На пример, отпорност чистог силицијума (СИ) удвостручује када се температура повећа са 30 степени до 20 степени.
2, трагови износи нечистоћа (њихово присуство и концентрација) могу драстично изменити проводљивост полуводича. На пример, ако се једна нечистоћа атома (као што је +3 или +5 валентни елемент) уведе на милионе атоме силицијума, отпорности на собној температури (27 степени; зашто је собна температура 27 степени, а његова је цена од 300 к, отуда и 0.2 дипломирала се од 214.000 ω 0 ° Ц. Ω · цм.
3, Изложеност светлости може значајно да побољша проводљивост полуводича. На пример, филмски филмски сулфид (ЦДС) депониран на изолационом подлози има отпорност неколико мегохмс (МΩ) у недостатку светлости, али под осветљењем, отпорност пада на неколико десетина километа (КΩ).
4, додатно, магнетна и електрична поља такође могу изразито изменити проводљивост полуводича.
Због тога су полуводичи материјали са проводљивошћу између проводљивости и изолатора и њихова унутрашњим својствима су изузетно подложне значајним променама због спољних фактора као што су светло, топлота, магнетизам, електрична поља и концентрације у трагама и нечистоће.
С обзиром на ове повољне својства, полуводичи се могу ефикасно користити. Нарочито, накнадне расправе о дискусијама, транзисторима и пољу - Еффецт Трансистори ће показати како се користи имовина нечистоће у трагу значајно измењена полуводичка проводљивост.
1.2 Интринзични полуводичи
Како да уведемо нечистоће у траговима у полуводиче? Можемо ли директно додати нечистоће на природни кварц (чија је главна компонента СИ)? Не можемо директно да користимо природни силицијум, јер садржи различите нечистоће, што своју проводљивост чине неконтролисаном. Да би служио као основни материјал за све полуводиче, примарни циљ је постизање контроле проводљивости.
Стога морамо пречистити природни силицијум у чисту структуру кристала силицијума. Ова чиста полуводичка структура кристала назива се својственим полуводичем.
Карактеристике унутрашњих полуводича: (Интринзични полуводичи су чисте кристалне структуре)
1, чистоћа, што значи да нема нечистоћа.
2, кристална структура, која представља стабилност. Атоми су везани једни другима, спречавајући слободно кретање, што резултира још нижим проводљивошћу у поређењу са природним силиконом.
1.2.1 Кристална структура унутрашњих полуводича
У хемији смо сазнали да су најудаљенији електрони два суседног атома силицијума (СИ) у кристалу дељени електрони, формирајући ковалентне обвезнице. Међутим, нису сви најудаљенији електрони сваког СИ Атом остати строго у сопственим ковалентним обвезницама. Разлог за то је да материјал постоји у окружењу са температуром. Поред нарученог покрета, најудаљенији електрони такође пролазе термички покрет - случајно кретање - због утицаја температуре. Повремено, електрон може да поседује већу енергију од осталих атома, омогућавајући да се ослободи ковалентне везе и постане бесплатан електрон. Чак и са малим количином енергије, најудаљенији електрони диригента могу да генеришу усмерену кретање.
Интринзични полуводичи су без нечистоћа. Када се електрон ослободи од ковалентне везе, оставља се иза слободног места познато као рупа. На унутрашњим полуводичима, број слободних електрона је једнак броју рупа и стварају се у паровима. Кристална структура, рупе и слободне електроне илустроване су на слици испод:
1.2.1 Кристална структура унутрашњих полуводича (наставак)
Ако се на унутрашњем полуводичу примењује спољни електрични поље:
1, бесплатни електрони крећу се смерним, формирајући анЕлектронска струја.
2, због присуства рупа, електрони валенције крећу се у одређено упутство да би испуниле ове рупе, узрокујући да рупе да се подвргну усмереним кретањем (јер се слободне електроне и рупе генеришу у паровима). Овај покрет рупа формира аструја рупа. Као слободне електроне и рупе носе супротне трошкове и крећу се у супротним смеровима, укупна струја у унутрашњем полуводичу је збир ове две струје.
Горе наведене појаве показују да и рупе и слободне електроне делују као честице које носе електрична накнада (такве честице се називајуНосачи за наплату). Дакле, обојица су превозници за пуњење. Ово разликује унутрашње полуводиче из проводника: у диригеторима постоји само једна врста носача набоја, док су у суштинским полуводичима, постоје две врсте носача набола.
1.2.2 Концентрација носача у суштинским полуводичима
Феномен у којем се полуводичи генерише бесплатан електрон - пари рупа под термичким узбуђењем се зовеинтринзична узбуђења.
Током случајног кретања бесплатних електрона, када се сусрећу са рупама, слободни електрони и рупе истовремено нестају. Овај феномен се зоверекомбинација. Број слободних електрона - рупа генерисаних унутрашњим узбуђењем једнако је броју слободног електрона - рупа који је рекомбину, постигавши динамичку равнотежу. То значи да су на одређеној температури концентрације слободних електрона и рупа исте.
Када се температура околине уздигне, термичка кретања појачава, а бесплатније електрони се ослобађају ограничења валенционих електрона, што доводи до повећања рупа. Сходно томе, концентрација носача расте, побољшавајући проводљивост. Супротно томе, када температура опада, концентрација носача смањује се, смањујући проводљивост. Када температура падне на апсолутну нулу (0 к), валентне електроне немају енергију да се ослободе ковалентних обвезница, што није резултирало проводљивошћу.
На унутрашњим полуводичима, проводљивост укључује кретање две врсте превозника на пуњење. Иако проводљивост унутрашњих полуводича зависи од температуре, остаје изузетно сиромашна због њихове кристалне структуре. Упркос својој ловој проводљивости, суштински полуводичи показују снажну контролубилност у својим проводним својствима.
1.3 Допед полуводичи
Овај одељак ће објаснити зашто суштински полуводичи показују тако снажну контролубилност у проводљивости. Ево, користићемо следећу имовину полуводича:Количине нечистоће могу значајно да промени своју проводљивост.
"Допинг" се односи на процес увођења одговарајућих нечистоћа елемената у својствени полуводич. У зависности од врсте доданих елемената нечистоћа, допира полуводича се могу сврстати уН - тип полуводичаиП - тип полуводича. Контролом концентрације нечистоће елемената, проводљивост допед полуводича може се прецизно регулисати.
1.3.1 Н - Тип полуводича
"Н" значиНегативан, како електрони носе негативан набој и лагане су. Да би се додали додатне електроне у кристалну структуру, пенталалентни елементи (нпр. Фосфор, п) обично се допирају у полуводич. Пошто фосфори атом има пет валенционих електрона, након формирања ковалентних обвезница са околним силицијумним атомима, остаје још један додатни електрон. Овај електрон лако може постати бесплатан електрон са минималним уносом енергије. Атом нечистоће, сада је учвршћено у кристалној решетки и недостаје електрона, постаје непокретан позитивни јони. Ово је илустровано на слици испод:
1.3.1 Н - Тип полуводича (наставак)
У Н - тип полуводича, концентрација слободних електрона је већа од оне рупа. Због тога се називају бесплатни електрониВећински превозници(мултипликатори), док се рупе називајуНосачи мањина(малолетници). Дакле, проводљивост Н - типа се полуводича пре свега се ослања на бесплатне електроне. Што је већа концентрација допед нечистоћа, већа концентрација већинских носача и јачи проводљивост.
Испитајте како се концентрација мањинских превозника мења када се повећава концентрација већинских превозника. Концентрација мањинских превозника смањује се јер повећани број слободних електрона поставља вероватноћу рекомбинације са рупама.
Када температура расте, број носача расте, а повећање већинских носача једнак је повећању мањинских превозника. Међутим, проценат промене концентрације мањинских превозника је већа од оног већинског носача (због различитих основних концентрација мањина и мајора, иако је нумеричко повећање исто). Стога, иако је концентрација мањинских превозника ниска, не би требало да буду потцењене. Носачи мањина су критични фактор који утиче на температурни стабилност полуводичких уређаја, а самим тим и њихова концентрација такође се мора размотрити.
1.3.2 п - Тип полуводича
"П" означаваПозитиван, именован по позитивним напуњеним рупама. Да бисте уведене додатне рупе у кристалну структуру, тривалентни елементи (нпр. Борон, Б) обично се допирају у полуводичу. Када Бор Атом формира ковалентне везе са околним силицијумним атомима, ствара слободно место (које је електрично неутрално). Када је Електрон Валенције из суседног атома силицијума испуњава овај слободан, ковалентна веза ствара рупу. Атома нечистоће тада постаје непокретна негативна јона. Ово је илустровано на слици испод:
1.3.2 п - Тип полуводича (наставак)
У поређењу са Н - тип полуводича, у п - тип полуводича:
Рупе су већински превозници, док су бесплатни електрони мањински превозници.
Проводљивост се пре свега ослања на рупе. Што је већа концентрација допед нечистоћа, већа концентрација рупа, што доводи до јаче проводљивости (као слободна радна места у нечистоћима атома апсорбују електроне). Концентрација мањинских превозника се смањује.
Када температура расте, проценат промене слободне концентрације електрона је већа од концентрације рупа.