Eisimpleirean de semiconductors. Seòrsachan, feartan, practaigeach iarrtasan

As ainmeile a tha an semiconductor sileacon (Si). Ach, a bharrachd ris, tha mòran eile. Eisimpleirean tha nàdarra, leithid semiconductor stuthan mar blende (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PbS) agus mòran eile. Tha teaghlach semiconductors, nam measg semiconductors ullachadh ann an deuchainn-lannan, a 'riochdachadh aon de na clasaichean eadar-mheasgte de stuthan aithnichte do dhuine.

Charactaran de semiconductors

De na 104 eileamaidean de na Periodic Table tha meatailtean 79, 25 - nonmetals às a bheil na 13 eileamaidean ceimigeach shealbhachadh semiconducting feartan agus 12 - dielectric. Prìomh semiconductor feart a dhèanamh suas ann gu bheil an cuid conductivity a 'meudachadh gu mòr ri meudachadh Teòthachd. Aig an teothachd ìosal, tha iad a 'giùlan fhèin mar insulators, agus aig àrd - mar giùlain. Tha iad sin a semiconductors tha eadar-dhealaichte bho meatailt: meatailt aghaidh a 'meudachadh co-chuideil ris an àrdachadh ann an teòthachd.

Another eadar-dhealachadh bho na semiconductor meatailt a tha an aghaidh an semiconductor lughdachadh fo bhuaidh an solas, fhad 'sa bha san dàrna mheatailt nach eil buaidh. Cuideachd an conductivity de semiconductors ag atharrachadh nuair a rianachd gu minor suim impurity.

Semiconductors a lorg am measg ceimigeach fhillte le diofar structaran criostal. Dh'fhaodadh seo a bhith mar eileamaidean sileacon agus selenium, no dùbailte fhillte mar gallium arsenide. Tha mòran choimeasgaidhean bheairteach, leithid polyacetylene, (CH) _n, - semiconductor stuthan. Certain semiconductors thaisbeanadh iùil-tharraingeach _{(CD-x 1 x} MN Te) no ferroelectric seilbhean (SbSI). Alloying eile le gu leòr a bhith superconductors (GeTe agus SrTiO _3). Tha mòran de na ùr a lorg àrd-Teòthachd superconductors tha meatailt semiconducting ìre. Mar eisimpleir, La ₂ CuO ₄ 'S e semiconductor, ach mar a stèidhicheadh na alloy le Gd fàs sverhrovodnikom _{(1 La-x} Gd _{x) 2} CuO _4.

Physics leabhraichean a thoirt seachad mìneachadh mar semiconductor le stuth-dealain resistivity de ^-4 bho 10 gu 10 ⁷ ohms · m. 'S dòcha eile definition. Tha leud thoirmisgte còmhlan de na semiconductor - bho 0 gu 3 eV. Meatailtean agus semimetals - tha stuth le neoni lùth beàrn, agus brìgh anns a bheil e nas àirde W eV ghairm insulators. Tha eisgeachdan. Mar eisimpleir, semiconductor diamond Tha farsaing toirmisgte sòn 6 eV, ann an leth-blàthachaidh GaAs - 1,5 eV. Gan, a optoelectronic stuth airson innealan ann an gorm sgìre, tha Forbidden còmhlan leud de 3.5 eV.

lùth beàrn

Orbitals de Valence dadaman ann an criostal Ghabh a 'chliath air an roinn ann an dà bhuidheann lùth ìre - an-asgaidh sòn, suidhichte aig an ìre as àirde, agus a' dearbhadh an dealan de semiconductors, agus an Valence còmhlan-ciùil, gu h-ìosal. H-ìrean sin, an crochadh air co-chothromachd a 'chriostail chliath structar is urrainnear dadaman no a bhith a' coinneachadh gu math bho chèile. Sa chùis mu dheireadh, tha an cumhachd 'bheàrn, no ann am facail eile, eadar thoirmisgte còmhlan sònaichean.

An àite agus a 'lìonadh ìre air a dhearbhadh le conductive feartan an stuth. A rèir an fheart seo stuthan roinn le ceòladairean, stiùirichean, insulators, agus semiconductors. Tha leud thoirmisgte còmhlan de na semiconductor ag atharrachadh 0.01-3 eV, an lùth beàrn de na dielectric na 3 eV. Meatailtean air sgàth an eadar-ghearradh de lùth beàrnan ìrean nach eil.

Semiconductors agus insulators, ann an coimeas ri mheatailtean, an electrons tha làn Valence còmhlan-ciùil agus as fhaisge Raon saor, no an conduction chòmhlan, an Valence tha lùth fheansadh bho rupture - cuibhrionn toirmisgte neart de electrons.

Ann dielectrics chumhachd teas no dealan-uisge cudromach idir achadh nach eil gu leòr a dhèanamh a 'leum tro a' bheàrn seo, an electrons eil ùmhlachd do na conduction còmhlan. Tha iad comasach a 'gluasad tro na criostal chliath agus a bhith a' giùlan an dealain an-dràsta.

Airson energize an dealan, an electron ann an Valence ìre a bu chòir a bhith a 'faighinn cumhachd, a bhiodh gu leòr airson buaidh air an lùth a' bheàrn. -Mhàin nuair a tha an uiread cumhachd a thathar chiad sreath nach eil nas lugha na an luach lùth beàrn, a bhios a 'dol seachad bho Valence electron ìre air conduction ìre.

Anns a 'chùis, ma tha an leud de na lùth beàrn nas motha na 4 eV, conductivity semiconductor excitation irradiation no teas e cha mhòr do-dhèanta - an excitation lùth na electrons aig a' leaghadh Teòthachd nach eil e gu leòr gu leum lùth beàrn tro sòn. Nuair a teasachadh, an criostal a 'leaghadh an làthair an dealanach conductivity. Gabhail a-steach a leithid sin de stuthan èiteag (De = eV 5,2), diamond (De = eV 5,1), mòran salann.

Extrinsic agus gnèitheach conductivity semiconductor

Net semiconductor criostalan a tha gnèitheach conductivity. A leithid semiconductors ceart ainmean. Semiconductor gnèitheach a tha co-ionann àireamh de thuill agus saor electrons. Nuair a teasachadh ghnèitheach conductivity de semiconductors àrdachadh. Aig daonnan Teòthachd, tha staid fiùghantach equilibrium suim a chruthachadh electron-toll an càraidean agus an àireamh de recombining electrons agus tuill, a tha fhathast daonnan fo na cumhaichean seo.

Tha làthaireachd truailleadh gu mòr a 'bualadh air an dealan de semiconductors. Adding iad a 'toirt cothrom gu mòr a' meudachadh an àireamh de Saor an-asgaidh electrons aig àireamh bheag de thuill is a 'meudachadh an àireamh de thuill le àireamh bheag de electrons ann an conduction ìre. Impurity semiconductors - a bhith a 'giùlain an impurity conductivity.

Truailleadh a tha furasta seachad electrons canar tabhartaiche. Donor truailleadh dòcha gum bi eileamaidean ceimigeach le na dadaman, an Valence ìrean anns a bheil barrachd na electrons na dadaman an ionad stuth. Mar eisimpleir, phosphorus agus bismuth - a sileacon tabhartaiche truailleadh.

Tha an lùth a dh'fheumar airson an leum an electron conduction anns an sgìre, ris an canar cur thuige lùth. Impurity semiconductor Feumaidh tòrr nas lugha na tha e na an ionad stuth. Le beagan teas no solas sa mhòr-chuid a shaoradh electrons na dadaman an impurity semiconductors. Cur dh'fhàg atam a 'gabhail an electron toll. Ach an electron toll recombination Chan eil a 'gabhail àite. tabhartaiche toll conductivity tha neonitheach. Tha seo air sgàth tuaiream beag de impurity dadaman nach eil e ceadaichte an-asgaidh electrons tric nas fhaisge air an toll agus a chumail. Electrons tha cuid tuill, ach nach urrainn a lìonadh dhaibh air sgàth gu leòr lùth ìre.

A beag cur-tabhartaiche impurity diofar òrduighean a 'meudachadh an àireamh de conduction electrons ann an coimeas ris an àireamh-asgaidh electrons ann an ghnèitheach semiconductor. Electrons seo - a 'giùlan prìomh de atamach cosgaisean impurity semiconductors. Buinidh iad sin stuthan gu n-seòrsa semiconductors.

Truailleadh a cheangal electrons an semiconductor, a 'meudachadh an àireamh de tuill ann, ris an canar acceptor. Acceptor truailleadh a tha eileamaidean ceimigeach le àireamh nas lugha de Valence electrons ann an ìre na bun na semiconductor. Boron, gallium, indium - acceptor impurity ann an sileacon.

Tha feartan na semiconductor tha an eisimeil air a 'chriostail structar easbhaidhean. Tha seo ag adhbharachadh am feum a 'fàs anabarrach fior-ghlan criostalan. Tha crìochan an semiconductor conduction fo smachd a 'cur dopants. Silicon criostalan doped le phosphorus (V fo-bhuidhinn eileamaid) a tha an tabhartaiche a chruthachadh criostal sileacon n-seòrsa. Airson Crystal le p-seòrsa sileacon rianachd boron acceptor. Semiconductors airgead-dìolaidh Dùin ìre a 'gluasad a-steach am meadhan an còmhlan beàrn a chruthachadh san dòigh seo.

aon-eileamaid semiconductors

As cumanta semiconductor e, gu dearbh, sileacon. Còmhla ris a 'Ghearmailt, bha e na shamhla dhen mhòr clas semiconductors bheil structaran coltach criostal.

Structair criostal Si Ge agus tha an aon rud a daoimean agus α-staoin. Tha e a 'cuairteachadh gach dadam 4 as fhaisge dadaman a chruthachadh tetrahedron. A leithid co-òrdanachadh a ghairm ceithir tursan. Crystals tetradricheskoy bond stàilinn bhunait airson a 'ghnìomhachas dealanach agus aig a bheil prìomh àite ann an teicneòlas ùr. Tha cuid de na h-eileamaidean V agus VI na Periodic Table tha a 'bhuidheann cuideachd a' semiconductors. Eisimpleirean den t-seòrsa semiconductors - phosphorus (P), pronnasg (S), selenium (Se) agus tellurium (Te). Tha iad sin a semiconductors dòcha gum bi trì dadaman (P), disubstituted (S, Se, Te) no ceithir-fhillte co-òrdanachadh. Mar thoradh air a leithid Faodaidh eileamaidean ann ann an diofar structaran Crystalline, agus cuideachd a bhith air ullachadh ann an cruth a 'ghlainne. Mar eisimpleir, 'Se' fàs ann an monoclinic agus trigonal criostal structaran no mar uinneag (a tha cuideachd air am faicinn mar polymer).

- Diamond Tha sàr tearmach conductivity, sàr meacanaigeach agus Optical feartan, àrd meacanaigeach neart. Tha an leud de na lùth beàrn - De = 5,47 eV.

- Silicon - semiconductor a chleachdadh ann an grèine ceallan, agus amorphous cruth, - ann an caol-film grèine ceallan. 'S e as a chleachdadh ann an semiconductor grèine ceallan, furasta a dhèanamh, tha deagh-dealain agus meacanaigeach lotaichean. De = 1,12 eV.

- Germanium - semiconductor a chleachdadh ann an Gamma-ray spectroscopy, àrd-choileanadh grèine ceallan. A chleachdadh anns a 'chiad diodes agus transistors. Tha feum air nas lugha glanadh na sileacon. De = 0,67 eV.

- Selenium - a semiconductor, a tha air a chleachdadh ann an selenium rectifiers bhith àrd rèididheachd aghaidh agus an comas a leigheas fhèin.

Dà-eileamaid choimeasgaidhean

Feartan Semiconductors chruth a-eileamaidean 3 agus 4 den Periodic Table buidhnean coltach ri na feartan choimeasgaidhean 4 buidhnean. Tha an gluasad bho 4 buidhnean de eileamaidean a 'dùblachadh 3-4 gr. Tha ea 'dèanamh conaltradh gu ìre air sgàth ionic os cionn còmhdhail electrons bho dadam gus Atom 3 Buidheann 4 Group. Ionicity atharrachadh feartan semiconductors. Tha e ag adhbhrachadh àrdachadh ann an Coulomb lùth agus ion-ion eadar-obrachadh lùth beàrn electron còmhlan structar. EISIMPLEIR Binary fhillte den t-seòrsa seo - indium antimonide, InSb, gallium arsenide GaAs, gallium antimonide GaSb, indium phosphide InP, almain antimonide AlSb, gallium phosphide bheàrn.

Ionicity àrdachadh agus a luach a 'fàs nas buidhnean ann an co-thàthan 2-6 fhillte, mar cadmium selenide, sulfide sinc, cadmium sulfide, cadmium telluride, sinc selenide. Mar thoradh air, a 'mhòr-chuid de na buidhnean 2-6 fhillte a thoirmeasg còmhlan nas fharsainge na 1 eV, ach a-mhàin Gaoithe choimeasgaidhean. Telluride Mercury - gun lùth beàrn semiconductor, leth-mheatailt, mar α-staoin.

Semiconductors buidhnean 2-6 le lùth beàrn nas motha a lorg, a 'cleachdadh ann an dèanamh de leusairean agus taisbeanaidhean. Binary 6 buidhnean a mhaireas 2 compound le narrowed beàrn lùth freagarrach airson fo-dhearg Gheibhear. Binary fhillte de eileamaidean de bhuidhnean 1-7 (cuprous bromide CuBr, AgI iodide airgid, umha chlòrain CuCl) mar thoradh air an àrd ionicity nas fharsainge a bandgap W eV. Chan eil iad a-rìribh semiconductors, agus insulators. Crystal fàs acrachadh lùth air sgàth Coulomb interionic eadar-obrachadh a 'furastachadh structaradh dadaman sailleadh le siathamh òrdugh, an àite an ceàrnanach a cho-òrdanachadh. Choimeasgaidhean buidhnean 4-6 - sulfide, luaidhe telluride, an staoin sulfide - mar semiconductors. Ionicity de na stuthan cuideachd a 'brosnachadh cruthachadh sixfold co-òrdanachadh. Much ionicity eil bacadh air an làthair tha iad gu math cumhang còmhlan beàrnan, faodaidh iad a bhith air a chleachdadh airson fo-dhearg a 'faighinn rèididheachd. Gallium nitride - compound buidhnean 3-5 le iomadh lùth beàrn, lorg iarrtas ann semiconductor leusairean agus solas-emitting diodes ag obair ann an gorm phàirt den speactram.

- GaAs, gallium arsenide - air iarrtas an dèidh an dàrna sileacon semiconductor air chleachdadh gu cumanta mar fo-fhilleadh airson eile ceòladairean, stiùirichean, mar eisimpleir, GaInNAs agus InGaAs, ann setodiodah fo-dhearg, àrd tricead transistors agus ics, fìor èifeachdach grèine ceallan, leusair diodes, lorgairean niùclasach leigheas. De = 1,43 eV, a tha a 'leasachadh innealan cumhachd mar an coimeas ri sileacon. Breadail, tha barrachd truailleadh doirbh a dhèanamh.

- ZnS, sinc sulfide - sinc salainn de haidridean sulphide le thoirmisgte còmhlan sònaichean 3.54 agus 3.91 eV, a chleachdadh ann an leusairean agus mar phosphor.

- SnS, an staoin sulfide - semiconductor a chleachdadh ann an photoresistors agus photodiodes, De = 1,3 agus 10 eV.

oxides

Tha a 'mheatailt oxides b'fheàrr insulators a tha sàr-mhath, ach tha eisgeachdan. Eisimpleirean den t-seòrsa semiconductors - Nickel ogsaid, copar ogsaid, cobalt ogsaid, copar dà-ogsaid, iarann ogsaid, Europium ogsaid, sinc ogsaid. Bho copair dà-ocsaid ann mar mhèinnireach cuprite, a chaidh toglaichean sgrùdadh dian. Tha an dòigh-obrach airson an àiteach an seòrsa seo de semiconductor Chan eil e fhathast soilleir gu tur, agus mar sin tha iad a 'cleachdadh fhathast cuingealaichte. An ach a-mhàin sinc ogsaid (ZnO), compound buidhnean 2-6, air a cleachdadh mar transducer agus ann an ullachadh adhesive teipichean agus plasters.

Tha an suidheachadh air atharrachadh gu mòr an dèidh superconductivity chaidh a lorg ann an iomadh fhillte umha le ogsaidean. Tha a 'chiad àrd Teòthachd superconductor Fosgail Bednorz agus Muller, a compound semiconductor stèidhichte air La ₂ CuO _4, an lùth beàrn de 2 eV. Àite divalent trivalent lanthanum, barium no strontium, a-steach do na semiconductor os cionn a 'giùlan na tuill. Coileanadh na dh'fheumar dèanamh toll dùmhlachd La ₂ CuO ₄ superconductor. Aig an àm seo, an teòthachd as àirde gluasaid gu superconducting staid Buinidh cùisean HgBaCa ₂ Cu ₃ O _8. Aig bruthadh àrd, a luach a tha 134 K.

ZnO, sinc ogsaid varistor a chleachdadh, solas gorm-emitting diodes, gas sensaran, bith-eòlasach sensaran, uachdaran na h-uinneagan gus meòrachadh fo-dhearg solus, mar stiùiriche ann LCD taisbeanaidhean is grèine bataraidhean. De = 3.37 eV.

fillte criostalan

Double fhillte mar diiodide luaidhe, gallium selenide agus molybdenum disulphide eadar-dhealaichte fillte criostal structar. Tha na sreathan a tha covalent dàimhean mòran neart, tòrr na bu làidire na an van der Waals dàimhean eadar sreathan fhèin. Semiconductors leithid seòrsa a tha inntinneach a chionn 'electrons giùlan fhèin ann an sreathan de quasi-dà-thaobhach. Eadar-obrachadh eadar fillidhean tha e air atharrachadh le bhith a 'toirt a-steach taobh a-muigh dadaman - intercalation.

MOS _2, molybdenum disulfide a chleachdadh ann an àrd tricead lorgairean, rectifiers, memristor, transistors. De = 1,23 agus 1.8 eV.

organach semiconductors

Eisimpleirean de semiconductors air stèidh fàs-bheairteach choimeasgaidhean - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. Organic semiconductors bheil buannachd thairis neo-organach: tha iad furasta a chomh-pàirteachadh miannaichte càileachd. Stuthan-chuingichte le bannan a chruthachadh -C = C C =-shealbhachadh susbainteach Optical neo-linearity agus, mar thoradh air seo, ann an optoelectronics chur an gnìomh. Os bàrr, an lùth còmhlan beàrn organach semiconductor compound na foirmle ag atharrachadh atharrachadh gu bheil mòran nas fhasa na a gnàthach semiconductors. Crystalline allotropes de charbon fullerenes, graphene, nanotubes - semiconductors cuideachd.

- Tha structar aig Fullerene ann an cruth polypope dùinte dùbailte bho àireamh eadhon de atamanan gualain. A mealltachd dhrogaichean fullerene C ₆₀ alkali le meatailt a chruth-atharrachadh a tha e a-steach do superconductor.

- Tha graphene air a chruthachadh le fiodh carbon monatomic, ceangailte ri luibh sia-thaobhach dà-thaobhach. A bheil giùlan teirmeach clàraichte agus gluasaid dealanan dealanach, àrd doimhneachd

- Tha nanotubes air an rolladh gu tiùb de phlàighean grafait, le grunnan nanometers ann an trast-thomhas. Tha na dòighean sin de ghualain a 'sùileachadh gu mòr ann an nanoelectronics. A rèir an t-suidheachaidh, faodaidh feartan meatailte no semiconductor a bhith air an taisbeanadh.

Semiconductan maireannach

Tha co-ionnan ri ionsan magnetach de europium agus manganese le togalaichean inntinneach magnetach agus leth-sheanndach. Eisimpleirean den t-seòrsa semiconductors - Europium sulfide, selenide Europium agus fuasglaidhean cruaidh, leithid _{Cd-x 1 x} Te MN. Tha susbaint nan ianan magnetach a 'toirt buaidh air an dòigh anns a bheil feartan magnetach leithid antiferromagnetism agus ferromagnetism a' nochdadh ann an stuthan. Tha semiconductors semi-magnetach nan fuasglaidhean cruaidh magnetic de leth-sheannaidhean anns a bheil ionan magnetach ann an cruth beag. Bidh fuasglaidhean làidir den leithid a 'tarraing aire leis na tha iad a' sùileachadh agus a 'chomas mhòr airson tagraidhean a dh'fhaodadh a bhith ann. Mar eisimpleir, an taca ri semiconductors neo-mhanairteach, is urrainn dhaibh millean uair a thìde nas motha a bhith a 'gluasad faraday.

Tha buaidh magneto-optigeach làidir de leth-sheannaichean magnetach a 'toirt cothrom dhaibh an cleachdadh airson atharrachadh modhail. Perovskites, mar MN _0,7 Ca _{0,3 3 O,} na feartan a tha air thoiseach air meatailt-semiconductor gluasaid, dìreach a 'crochadh air an làrach magnat toraidhean ann an annas famhair magneto-resistivity. Tha iad air an cleachdadh ann an innleadaireachd rèidio, innealan optaigeach, a tha fo smachd raon acadaimigeach, ann an gleidhidhean tonn de innealan microwave.

Sgòthan geala

Tha an seòrsa criostail seo air a chomharrachadh le bhith a 'nochdadh mhionaidean dealain annta agus coltas polarization gu dòigheil. Mar eisimpleir, leithid togalaichean a tha semiconductors stiùireadh titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, germanium telluride, GeTe, an staoin telluride SnTe, a tha aig teothachd ìosal tha ferroelectric lotaichean. Tha na stuthan sin air an cleachdadh ann an innealan-sùla neo-loidhneail, innealan cuimhne agus mothachadh piezoelectric.

Variety de stuthan leth-sheanachaidh

A bharrachd air na stuthan semiconductor a th 'air an ainmeachadh gu h-àrd, tha mòran eile ann nach eil fo aon de na seòrsachan clàraichte. Fhillte de foirmle 1-3-5 eileamaidean ₂ (AgGaS ₂₎ agus 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ a chruthachadh chalcopyrite criostal structar. Tha bannan nan companaidhean tetrahedral, coltach ri semiconductors semiconductor 3-5 agus 2-6 le structar criostail de zinc blende. Fhillte a chruthachadh semiconductor eileamaidean 5 agus 6 buidhnean (coltach ri Mar ₂ Se _3), - an semiconductor ann an cruth no glainne chriostal. Bidh calcogenides de bismuth agus antamony air an cleachdadh ann an gineadairean teirm-thionndaidh semiconductor. Tha feartan semiconductors den t-seòrsa seo air leth inntinneach, ach cha d 'fhuair iad tlachd mar thoradh air iarrtas cuibhrichte. Ach, tha an fhìrinn gu bheil iad ann a 'daingneachadh gu bheil eadhon ro dheireadh nan raointean fiosaigeach leth-sheanndach gun sgrùdadh.