Ημιαγωγός

Πειράματα στη δεκαετία του 1930 οδήγησαν στο συμπέρασμα ότι ορισμένοι ημιαγωγοί στερεάς κατάστασης και οι διασταυρώσεις τους είχαν την ικανότητα να ελέγχουν τον αριθμό των φορέων φορτίου και επίσης να ελέγχουν την κατεύθυνση της ροής του φορέα φορτίου μέσω αυτών. Αυτό οδήγησε στην ανάπτυξη των σύγχρονων ηλεκτρονικών ημιαγωγών στερεάς κατάστασης. Οι ημιαγωγοί είναι ένα από τα πιο σημαντικά στοιχεία σημαντικών ηλεκτρονικών συσκευών σήμερα.

Ημιαγωγός

Οι ημιαγωγοί είναι τα υλικά που είναι ευαίσθητα στον ηλεκτρισμό μεταξύ αγωγών και μονωτών. Επομένως, οι ημιαγωγοί είναι αμέταλλα που έχουν περιορισμένη ηλεκτρική αγωγιμότητα. Σε καθαρή μορφή ημιαγωγών, ορισμένα αμέταλλα όπως το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι καλοί ημιαγωγοί. Προσθέτοντας κάποιες ακαθαρσίες στον ημιαγωγό, η αγωγιμότητα του ημιαγωγού μπορεί να αλλάξει μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ντόπινγκ. Σχεδόν όλες οι ηλεκτρικές και ηλεκτρονικές συσκευές χρησιμοποιούν ημιαγωγούς για τον έλεγχο της ροής του ηλεκτρισμού μέσα τους.

Ορισμός ημιαγωγού

Ημιαγωγός είναι μια ουσία της οποίας η ειδική αντίσταση είναι μεταξύ αγωγών και μονωτών. Η ιδιότητα ειδικής αντίστασης δεν είναι η μόνη ιδιότητα που καθορίζει ότι ένα υλικό είναι ημιαγωγός. Οι συσκευές ημιαγωγών χρησιμοποιούνται ευρέως στον τομέα των ηλεκτρονικών. Το τρανζίστορ έχει αντικαταστήσει τους ογκώδεις σωλήνες κενού, μειώνοντας το μέγεθος και το κόστος των συσκευών, και αυτή η επανάσταση έχει επιταχύνει περαιτέρω τον ρυθμό του, οδηγώντας σε νέες εφευρέσεις, όπως τα ενσωματωμένα ηλεκτρονικά.

Αγωγή σε Ημιαγωγούς

Έχοντας λίγη γνώση για τα ηλεκτρόνια, γνωρίζουμε ότι το εξωτερικό περίβλημα έχει τα ηλεκτρόνια σθένους χαλαρά συνδεδεμένα (συνδεδεμένα) με τον πυρήνα. Ένα τέτοιο άτομο που έχει ηλεκτρόνια σθένους, όταν πλησιάζει το άλλο άτομο, τα ηλεκτρόνια σθένους και των δύο ατόμων συνδυάζονται για να σχηματίσουν ζεύγη ηλεκτρονίων. Αυτός ο δεσμός δεν είναι τόσο ισχυρός και επομένως είναι ομοιοπολικός δεσμός.

Ιδιότητες Ημιαγωγού

Υπάρχουν πολλές ιδιότητες των ημιαγωγών και μερικές από τις οποίες δίνονται εδώ.

1. Ο συντελεστής θερμοκρασίας αντίστασης των Ημιαγωγών είναι αρνητικός, που σημαίνει ότι η αντίσταση ενός ημιαγωγού μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας και αντίστροφα. π.χ., το γερμάνιο είναι μονωτήρας σε χαμηλές θερμοκρασίες, αλλά γίνεται καλός αγωγός σε υψηλές θερμοκρασίες.
2. Οι ημιαγωγοί σε ουδέτερη θέση συμπεριφέρονται σαν κακοί αγωγοί, αλλά υπάρχουν ορισμένες τεχνικές που επιτρέπουν στο ρεύμα να ρέει μέσω των ημιαγωγών. Λόγω του ντόπινγκ του ημιαγωγού, συμπεριφέρεται σαν αγώγιμο υλικό και επιτρέπει τη διέλευση του ηλεκτρισμού.
3. Η ειδική αντίσταση ενός ημιαγωγού είναι μεγαλύτερη από τον μονωτή και μικρότερη από τους αγωγούς.
4. Σε ορισμένους ημιαγωγούς, τα διεγερμένα ηλεκτρόνια μπορούν να χαλαρώσουν και να εκπέμπουν φως αντί να παράγουν θερμότητα. Αυτοί οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται για την κατασκευή της δίοδος εκπομπής φωτός (LED), η οποία είναι η οπτική ιδιότητα ενός ημιαγωγού.

Τύποι ημιαγωγών

Υπάρχουν δύο τύποι ημιαγωγών που δίνονται εδώ.

1. Εσωτερικός ημιαγωγός
2. Εξωτερικός ημιαγωγός

Εσωτερικός ημιαγωγός

Μια εξαιρετικά καθαρή μορφή ημιαγωγού είναι γνωστή ως εγγενής ημιαγωγός.

Σε έναν εγγενή ημιαγωγό, το ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής σχηματίζεται σε θερμοκρασία δωματίου. Στον ενδογενή ημιαγωγό, όταν εφαρμόζεται τάση μεταξύ του υλικού, το ρεύμα ρέει μέσω του υλικού λόγω των ελεύθερων ηλεκτρονίων και των οπών.

Τα ελεύθερα ηλεκτρόνια παράγονται από τη διάσπαση ομοιοπολικών δεσμών με θερμική ή θερμική ενέργεια. Ταυτόχρονα, δημιουργούνται τρύπες σε ομοιοπολικές ζώνες. Επομένως, το συνολικό ρεύμα μέσω του ημιαγωγού είναι το άθροισμα του ρεύματος που παράγεται λόγω ηλεκτρονίων και οπών.

Εξωτερικός ημιαγωγός

Οι εγγενείς ημιαγωγοί είναι κακοί αγωγοί ή έχουν κακή αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Προστίθενται ακαθαρσίες στο υλικό ημιαγωγών για να αυξηθεί η αγωγιμότητα. Αυτός ο τύπος ημιαγωγών έχει κάποιες ακαθαρσίες που ονομάζονται εξωγενείς ημιαγωγοί.

Η διαδικασία προσθήκης ακαθαρσιών στον ημιαγωγό για την αύξηση της αγωγιμότητας του ημιαγωγού είναι γνωστή ως ντόπινγκ. Ο κύριος στόχος του ντόπινγκ είναι να αυξήσει τον αριθμό των ηλεκτρονίων ή των οπών στον κρύσταλλο ημιαγωγών. Ανάλογα με τις προσμίξεις που προστίθενται, μπορεί να αποφασιστεί μεταξύ ημιαγωγών τύπου p ή τύπου n.

P – τύπου Semiconductor

Όταν μια μικρή ποσότητα τρισθενούς ακαθαρσίας προστίθεται σε έναν καθαρό ημιαγωγό, τότε ο ημιαγωγός είναι γνωστός ως εξωτερικός ημιαγωγός τύπου P. Η πρόσμειξη που προστίθεται έχει ηλεκτρόνια σθένους ίσα με τρία (3).

N – τύπου Semiconductor

Όταν μια μικρή ποσότητα πεντασθενούς ακαθαρσίας προστίθεται σε έναν καθαρό ημιαγωγό, τότε ο ημιαγωγός ονομάζεται εξωτερικός ημιαγωγός τύπου N. Η πρόσμειξη που προστίθεται έχει ηλεκτρόνια σθένους ίσα με πέντε (5).

Κυρίως χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός

Πολλοί ημιαγωγοί είναι διαθέσιμοι, αλλά κάποιοι έχουν πρακτικές εφαρμογές στα ηλεκτρονικά. Το πυρίτιο (Se) και το γερμάνιο (Ge) είναι ευρέως χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί. Αυτοί οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται ευρέως επειδή η ενέργεια που απαιτούν αυτά τα δύο υλικά για να απελευθερώσουν ηλεκτρόνια από τη ζώνη σθένους τους είναι πολύ χαμηλή. Το πυρίτιο χρειάζεται 1,1 eV και το γερμάνιο χρειάζεται 0,7 eV για να απελευθερώσει ηλεκτρόνια από τη ζώνη αγωγιμότητάς του. Το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι τα βασικά ή θεμελιώδη παραδείγματα ημιαγωγών.

Συμπέρασμα

Ημιαγωγός είναι μια ουσία της οποίας η ειδική αντίσταση είναι μεταξύ αγωγών και μονωτών.

Η ιδιότητα ειδικής αντίστασης δεν είναι η μόνη ιδιότητα που καθορίζει ότι ένα υλικό είναι ημιαγωγός.

Η ειδική αντίσταση ενός ημιαγωγού είναι μεγαλύτερη από τον μονωτή και μικρότερη από τους αγωγούς.

Υπάρχουν δύο τύποι ημιαγωγών που δίνονται εδώ.

1. Εσωτερικός ημιαγωγός
2. Εξωτερικός ημιαγωγός

Μια εξαιρετικά καθαρή μορφή ημιαγωγού είναι γνωστή ως εγγενής ημιαγωγός.

Οι εγγενείς ημιαγωγοί είναι κακοί αγωγοί ή έχουν κακή αγωγιμότητα σε θερμοκρασία δωματίου. Προστίθενται ακαθαρσίες στο υλικό ημιαγωγών για να αυξηθεί η αγωγιμότητα. Αυτός ο τύπος ημιαγωγών έχει κάποιες ακαθαρσίες που ονομάζονται εξωγενείς ημιαγωγοί.

Όταν μια μικρή ποσότητα τρισθενούς ακαθαρσίας προστίθεται σε έναν καθαρό ημιαγωγό, τότε ο ημιαγωγός είναι γνωστός ως εξωτερικός ημιαγωγός τύπου P.

Όταν μια μικρή ποσότητα πεντασθενούς ακαθαρσίας προστίθεται σε έναν καθαρό ημιαγωγό, τότε ο ημιαγωγός είναι γνωστός ως εξωτερικός ημιαγωγός τύπου N.

Το πυρίτιο (Se) και το γερμάνιο (Ge) είναι ευρέως χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί.