Yarımkeçiricilər nümunələri. Növləri, xassələri, praktiki applications

Ən məşhur yarımkeçirici silikon (Si) təşkil edir. Amma ayrı ondan, bir çox başqaları var. Nümunələr təbii, belə yarımkeçirici materiallar var Blende (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PbS) və bir çox başqaları kimi. laboratoriyalarda hazırlanan yarımkeçirici, o cümlədən yarımkeçiricilər ailə, insan məlum materialların ən müxtəlif dərsləri biri.

Yarımkeçiricilər xarakteristikası

13 olan nonmetals - dövri cədvəldə 104 elementləri Metalların 79, 25 var kimyəvi elementlər dielektrik - yarımkeçirici xassələri və 12 malikdir. Main yarımkeçirici xüsusiyyət onların keçiricilik temperaturu artan əhəmiyyətli dərəcədə artırır ibarətdir. dirijorlar kimi - aşağı temperaturda, onlar izolyatorlar kimi və yüksək davranmaq. Bu yarımkeçiricilər metal fərqlidir: metal müqavimət temperatur artması ilə mütənasib artır.

yarımkeçirici metal başqa fərq ikincisi olan metal təsir deyil isə yarımkeçirici müqavimət, işıq təsiri altında azalır edir. aşqar bir kiçik məbləği idarə zaman da yarımkeçiricilər keçiriciliyi dəyişir.

Elektron müxtəlif kristal strukturları ilə kimyəvi birləşmələrin arasında rast gəlinir. Bu silisium və selenium, və ya qallium arsenide kimi ikiqat birləşmələri kimi elementlər ola bilər. Belə alınan poliasetilenin kimi bir çox üzvi birləşmələr, (CH) _{n -} yarımkeçirici materiallar. Bəzi yarımkeçiricilər maqnit (Cd _1-x Mn _x Te) və ya seqnetoelektrik xassələri (SbSI) nümayiş etdirir. Digər kifayət olmaq Süperiletkenler (Gete və SrTiO _{3) alloying.} yeni kəşf yüksək temperatur Süperiletkenler çox metal yarımkeçirici mərhələsi var. Məsələn, La ₂ CuO ₄ yarımkeçirici, lakin Sr ilə ərinti formalaşması (La _1-x Sr _{x) 2} CuO ₄ sverhrovodnikom _olur.

Physics dərsliklər 10 ^-4 10 ⁷ ohms · m elektrik müqaviməti ilə yarımkeçirici material kimi tərif vermək. Bəlkə bir alternativ müəyyən. 0-dan 3 eV üçün - yarımkeçirici qadağan band eni. Metallar və semimetals - sıfır enerji boşluğu və bu W eV adlı izolyatorlar artıq olan maddə ilə bir material. istisnalar var. 1,5 eV - Məsələn, bir yarımkeçirici almaz geniş qadağan zona 6 eV, yarı izolyasiya GaAs var. Qan, mavi regionda Işınsalelektronik cihazlar üçün bir material 3,5 eV qadağan band eni var.

enerji boşluğu

kristal qəfəs atomların Valence orbitals enerji səviyyəsi iki qrupa bölünür - pulsuz zona yüksək səviyyədə yerləşən və aşağıdakı yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi və valence band müəyyən edir. Bu səviyyədə, kristal qəfəs strukturu və atomların simmetriya asılı olaraq kəsişmək və ya bir-birindən dağıtılır. Sonuncu halda qadağan band zonaları arasında enerji boşluğu, və ya başqa sözlə, var.

yeri və doldurulması səviyyəli maddi keçirici xassələri ilə müəyyən edilir. dirijorlar, izolyatorlar və yarımkeçiricilər bölünür bu xüsusiyyət maddə görə. yarımkeçirici qadağan band eni 0.01-3 eV 3 eV daha dielektrik enerji boşluğu dəyişir. enerji boşluqlar səviyyəsi üst-üstə düşür üçün Metallar deyil.

Yarımkeçiricilər və izolyatorlar, metallar fərqli olaraq, elektron valence band və yaxın pulsuz zona, və ya keçirilməsi band dolu, valence enerji cırılması off hasara olunur - elektronların qadağan enerji hissəsi.

dielektriklər istilik enerji və ya cüzi elektrik sahəsində bu boşluğu vasitəsilə jump etmək üçün kifayət deyil, elektron keçirici zonanın tabe deyil. Onlar kristal qəfəs vasitəsilə hərəkət etmək iqtidarında olan və elektrik cari daşıyıcıları olmaq.

elektrik keçiriciliyi enerji, valence səviyyədə bir elektron enerji boşluğu aradan qaldırmaq üçün kifayət qədər olacaq enerji verilməlidir. enerji udma məbləği enerji boşluğu dəyəri daha kiçik Yalnız, keçiricilik səviyyədə valence elektron səviyyədə keçəcək.

enerji boşluğu eni 4 eV artıq ki, əgər halda, keçiricilik yarımkeçirici excitation şüalanma və ya istilik faktiki olaraq mümkün deyil - ərimə temperaturunda elektronların excitation enerji zona vasitəsilə enerji boşluğu jump kifayət deyil. qızdırılıb zaman, kristal elektron keçiriciliyi əvvəl əriyir. Belə maddələr (dE 5,2 eV =), almaz (dE 5,1 eV =) çox duzları kvars daxildir.

Extrinsic və daxili keçiricilik yarımkeçirici

Net yarımkeçirici kristallar daxili keçiriciliyi var. Belə yarımkeçiricilər müvafiq adları. Qığılcım yarımkeçirici deşik və pulsuz elektronların bərabər sayı ehtiva edir. yarımkeçiricilər artır daxili keçiriciliyi istilik zaman. sabit temperaturda, dinamik tarazlıq yaradılan elektron-deşik cüt məbləği və bu şərtlər altında sabit qalır recombining elektron və deşiklərin, sayı bir vəziyyət var.

çirkləri iştirakı əhəmiyyətli dərəcədə yarımkeçiricilərin elektrik keçiriciliyi təsir göstərir. onlara əlavə çox deşik kiçik bir sıra pulsuz elektronların sayının artırılması və keçirilməsi səviyyədə elektronların kiçik bir sıra deşik sayını artırmaq imkan verir. Aşqar yarımkeçiricilər - aşqar keçiriciliyi olan dirijorlar.

Çirkləri asanlıqla bağış elektron donor deyilən olunur. Donor çirkləri atomları, əsas material atomları daha elektron ehtiva valence səviyyəsi ilə kimyəvi elementlər ola bilər. bir silikon donor çirkləri - Məsələn, fosfor və bismut üçün.

keçirilməsi regionda elektron jump üçün tələb olunan enerji, aktivasiya enerji adlanır. Aşqar yarımkeçirici baza material çox daha çox az lazımdır. yüngül istilik və ya yüngül əsasən aşqar yarımkeçiricilərin atomları elektron azad. atom elektron deşik edir sol qoyun. Lakin elektron deşik rekombinasiya iştirak etmir. donor deşik keçiriciliyi cüzidir. aşqar atomları kiçik bir məbləğ deşik pulsuz elektron tez-tez yaxın imkan vermir və saxlamaq üçün, çünki bu. Elektronlar bir deşik var, lakin kifayət qədər enerji səviyyəsinə onları doldurmaq mümkün deyil.

A yüngül aşqar donor aşqar bir neçə sifariş daxili yarımkeçirici pulsuz elektronların sayı ilə müqayisədə keçirilməsi elektronların sayını artırır. Burada elektronlar - aşqar yarımkeçiricilərin atom ittihamı əsas daşıyıcıları. Bu maddələr n-tipli yarımkeçiricilərdə məxsusdur.

bu deşik sayının artırılması yarımkeçirici elektron bağladığı çirkləri, akseptor çağırıb. Qəbul çirkləri yarımkeçirici bazasında daha valence səviyyədə elektronların kiçik bir sıra kimyəvi elementləri var. Bor, qallium, indium - silisium akseptor aşqar.

yarımkeçirici xüsusiyyətləri onun kristal quruluşu qüsurları asılıdır. Bu son dərəcə təmiz kristal artan vacibliyini səbəb olur. yarımkeçirici keçirilməsi parametrləri dopants əlavə ilə nəzarət. kristal silisium n tipli yaratmaq üçün donor var fosfor (V alt element) ilə aşqarlanmış silisium kristallarının. bir p tipli silikon idarə bor akseptor ilə kristal üçün. Elektron bu şəkildə yaradılmış band boşluğu ortasında daxil hərəkət etmək üçün Fermi səviyyəsi kompensasiya.

tək element yarımkeçiricilər

Ən ümumi yarımkeçirici silisium, əlbəttə, var. Birlikdə Almaniya ilə, o oxşar kristal strukturları var yarımkeçiricilər böyük bir sinif prototip idi.

Struktur kristal Si və Ge almaz və α-qalay kimi eynidir. Bu tetrahedron forma hər atom 4 yaxın atomları əhatə edir. Belə koordinasiya dörd dəfə adlanır. Crystals elektron sənayesi üçün tetradricheskoy bond polad baza və müasir texnologiya əsas rol oynayır. elementləri V və dövri masa qrupunun VI bəziləri də Yarımkeçiricilər var. fosfor (P), kükürd (S), selenium (Se) və tellur (Te) - Yarımkeçiricilər bu cür nümunələr. Bu yarımkeçiricilər üç atomları (P), disubstituted (S, Se, Te) və ya dörd dəfə koordinasiya ola bilər. Nəticədə belə elementlər müxtəlif kristal strukturlarında mövcud ola bilər, həmçinin şüşə şəklində hazırlanır. Məsələn, Se monoclinic və trigonal kristal strukturları və ya (həmçinin polimer kimi qəbul edilə bilər) bir pəncərə kimi artıb.

- Diamond əla istilik keçiriciliyi, əla mexaniki və optik xassələri, yüksək mexaniki gücü var. enerji boşluğu eni - dE 5,47 eV =.

- Silicon - nazik film günəş hüceyrələri - günəş hüceyrələri, və amorf şəklində istifadə yarımkeçirici. Bu, ən istehsal etmək asan, yarımkeçirici günəş hüceyrələri istifadə yaxşı elektrik və mexaniki xassələri var. dE 1,12 eV =.

- Germanium - qamma-ray spektroskopiya, yüksək performans günəş hüceyrələri istifadə yarımkeçirici. ilk diodlar və tranzistorlar istifadə olunur. Bu silikon az təmizləmə tələb edir. dE 0,67 eV =.

- Selenium - Yüksək radiasiya müqavimət və özü şəfa imkanı olan selenium redresörler istifadə olunan yarımkeçirici.

Iki-element birləşmələri

Yarımkeçiricilər formalaşır elementləri 3 və dövri masa qrupların 4 Properties bənzəyir birləşmələrin xassələri 4 qrupları. elementlərin 4 qrupda keçid 3-4 qr birləşmələr üçün. Bu atom ion pulsuz nəqliyyat elektron 3 Group 4 Group atom qismən çünki rabitə edir. Ionicity yarımkeçiricilərin xassələri dəyişir. Bu Coulomb enerji və ion-ion qarşılıqlı enerji boşluğu elektron band strukturunda artmasına səbəb olar. Bu tip NÜMUNƏ binar birləşmələr - indium antimonide, InSb, qallium arsenide GaAs, qallium antimonide GaSb, indium phosphide InP, alüminium antimonide AlSb, qallium phosphide GaP.

Ionicity artır və onun dəyəri birləşmələri daha çox qruplar artır belə kadmium selen, sink sulfid, kadmium sulfid, kadmium tellurid, sink selen kimi 2-6 birləşmələri. Nəticədə, birləşmələrin əksəriyyəti 2-6 qrupları civə birləşmələri istisna olmaqla, 1 eV daha geniş band qadağan. Mercury Telluride - α-qalay kimi enerji boşluğu yarımkeçirici, yarı-metal olmadan.

Elektron lazer və ekran istehsalında böyük enerji boşluğu tapmaq istifadə 2-6 qruplar. Binary qrupları infraqırmızı alıcıları üçün uyğun bir daralmış boşluq enerji ilə 6 2 mürəkkəb. yüksək ionicity qrupları 1-7 (cuprous brom CuBr, AGI gümüş yodlu, mis xlorid CuCl) elementlərinin Binary birləşmələri geniş bandgap W eV var. Onlar, həqiqətən, yarımkeçiricilər və izolyatorlar yoxdur. görə Coulomb interionic qarşılıqlı enerji demir Crystal artım quruluşlanması atomları asanlaşdırır duz kvadrat əlaqələndirmək yerinə, altıncı əmri ilə. Compounds 4-6 qruplar - sulfid, qurğuşun TELLURIDE, qalay sulfid - yarımkeçiricilər kimi. Bu maddələrin ionicity də formalaşması sixfold koordinasiya yaradır. Onlar çox dar band boşluqlar var olması maneə ionicity çox, onlar infraqırmızı şüalanma qəbul üçün istifadə edilə bilər. Qallium nitride - bir mürəkkəb qruplar 3-5 geniş enerji boşluğu ilə, proqram tapmaq yarımkeçirici lazer və spektrin mavi hissəsində fəaliyyət göstərən işıq saçan diodlar.

- GaAs, qallium arsenide - ikinci silikon yarımkeçirici sonra tələb adətən setodiodah infraqırmızı, yüksək tezlikli tranzistorlar və ICS, yüksək səmərəli günəş hüceyrələri, lazer diodlarının, nüvə müalicə detektorları, məsələn, GaInNAs və InGaAs, digər dirijorların üçün substrat kimi istifadə olunur. dE silikon ilə müqayisədə enerji cihazlar yaxşılaşdırır 1,43 eV, =. Kövrək, istehsal etmək çətin daha çirkləri var.

- ZnS, sink sulfidin - lazer və bir fosfor kimi istifadə qadağan band zonaları və 3.54 3.91 eV ilə hidrogen sulfid sink duz.

- SNS, tin sulfid - fotorezistorlar və photodiodes istifadə yarımkeçirici, dE = 1,3 və 10 eV.

oksidləri

metal oksidləri üstünlük əla izolyator, lakin istisnalar var. nikel oksid, mis oksid, kobalt oksidi, mis oksid, dəmir oksid, europium oksid, sink oksid - Yarımkeçiricilər bu cür nümunələr. mis oksid mineral cuprite kimi olmadığına görə, onun xassələri intensiv tədqiq edilmişdir. yarımkeçirici bu cür becərilməsi qaydası hələ tam aydın deyil, belə ki, onların istifadə hələ məhduddur. Bir istisna transducer və yapışan lentləri və suvaq istehsalında istifadə olunur sink oksid (ZnO) mürəkkəb qruplar 2-6 edir.

superconductivity oksigen ilə mis çox birləşmələri aşkar sonra vəziyyət kəskin dəyişdi. ilk yüksək temperatur superconductor Bednorz və Muller açmaq La ₂ CuO _4, 2 eV enerji boşluğu mürəkkəb yarımkeçirici əsaslanır. deşik yarımkeçirici pulsuz daşıyıcıları daxil Divalent üçvalentli lanthanum, barium və ya stronsium, əvəz. zəruri deşik konsentrasiyası nail La ₂ CuO ₄ superconductor edir. Bu zaman, ifratkeçirici dövlət keçid ən yüksək temperatur HgBaCa ₂ Cu ₃ O ₈ mürəkkəb _məxsusdur. yüksək təzyiq, onun dəyəri 134 K. edir

ZnO, sink oksid varistor LCD displey və günəş batareyaları bir dirijor kimi, infraqırmızı işıq əks etdirmək üçün, mavi işıq saçan diodlar, qaz sensorlar, bioloji sensorlar, örtüklər Windows istifadə olunur. dE 3.37 eV =.

laylı kristallar

diiodide qurğuşun, qallium selen və molibden disulphide kimi Double birləşmələr laylı kristal quruluşu fərqlənir. qat kovalent rabitələr qat özləri arasında van der Waals istiqrazlarının daha güclü xeyli güc. elektronlar bir kvazi-iki ölçülü qatları davranmaq belə tipli yarımkeçiricilər maraqlıdır. qat qarşılıqlı xaricində atomları tətbiqi ilə dəyişdirilir - intercalation.

MoS _2, molibden disulfide yüksək tezlikli detektorları, redresörler, memristor, tranzistorlar istifadə olunur. dE 1,23 və 1,8 eV =.

üzvi yarımkeçiricilər

naftalin, alınan poliasetilenin (CH _{2) n,} antrasen, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole - üzvi birləşmələrin əsasında yarımkeçiricilər nümunələri. Üzvi yarımkeçiricilər qeyri-üzvi üzərində bir üstünlüyü var: onlar istədiyiniz keyfiyyətli yaymaq üçün asandır. qoşma istiqrazları ilə maddələr -C = C-C = tətbiq optoelektronika səbəbiylə bu, əhəmiyyətli optik qeyri-doğrusal malik və təşkil edir. Bundan başqa, formula enerji band boşluğu üzvi yarımkeçirici mürəkkəb şərti yarımkeçiricilərin daha çox asan dəyişiklik dəyişir. də yarımkeçiricilər - karbon fullerenes, graphene, nanotubes kristal allotropes.

- Fullerene qapalı qabarıq polyhedron ugleoroda atomları belə nömrəsi şəklində bir quruluşa malikdir. bir qələvi metal ilə doping fulleren C ₆₀ ifratkeçirici onu çevirir.

- qrafit karbon monoataomlu qat formalaşır, iki ölçülü altıbucaqlı qəfəs ilə bağlıdır. Record keçiriciliyi və elektron mobillik, yüksək möhkəmlik var

- Nanoborular bir neçə nanometr diametri olan boru qrafit boşqab daxil haddelenmiş olunur. karbon bu formaları nanoelektronika böyük söz var. coupling asılı olaraq metal və ya yarımkeçirici keyfiyyətli ola bilər.

maqnit yarımkeçiricilər

Europium və manqan maqnit ionları ilə birləşmələr maraqlı maqnit və yarımkeçirici xüsusiyyətləri var. Yarımkeçiricilər bu cür nümunələr - europium sulfid, selen europium və bərk məhlulların, belə Cd _1-x Mn _x Te. maqnit ionları məzmunu, həm də maddələr belə ferromagnetism və antiferromagnetism kimi maqnit xassələri nümayiş təsir göstərir. Semimagnetic yarımkeçiricilər - aşağı konsentrasiyası maqnit ionları olan bir sərt maqnit yarımkeçiricilər həlləri. Bu bərk həlləri perspektivi və mümkün applications böyük potensialı diqqəti cəlb edir. Məsələn, qeyri-maqnit yarımkeçirici fərqli olaraq, onlar bir milyon dəfə daha böyük Faraday fırlanma edə bilərsiniz.

maqnit yarımkeçiricilər güclü magnetooptical təsiri optik modulyasiya onların istifadə imkan verir. Perovskites, Mn _0,7 Ca _0,3 O _{3 kimi,} onun xassələri metal-yarımkeçirici keçid nəhəng maqnit-müqaviməti fenomen maqnit sahəsində nəticələr birbaşa asılılıq üstündür. Onlar maqnit sahəsində bir mikrodalğalı waveguide cihazlar tərəfindən nəzarət edilir radio, optik cihazlar, istifadə olunur.

yarımkeçirici seqnetoelektrik

Bu cür kristallarının təbii qütbləşmə onların elektrik anlar iştirakı və baş ilə xarakterizə olunur. Məsələn, xassələri yarımkeçiricilər titanate PbTiO ₃ barium titanate BaTiO _3, germanium Telluride, Gete, aşağı temperaturda seqnetoelektrik xassələri Tin TELLURIDE Snte rəhbərlik edir. Bu materiallar qeyri-xətti optik, pyezoelektrik sensorlar və yaddaş qurğuları istifadə olunur.

yarımkeçirici materialların müxtəlif

Yuxarıda qeyd yarımkeçirici materialların əlavə, bu cür biri altında düşmür bir çox başqaları var. formula birləşmələr 1-3-5 elementləri ₂ (AgGaS ₂₎ və 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ xalkopirit kristal quruluşu təşkil edir. bir sink Blende kristal quruluşu ilə tetrahedral birləşmələr analoji yarımkeçiricilər 3-5 və 2-6 qrupları ilə əlaqə saxlayın. kristal və ya şüşə şəklində yarımkeçirici - yarımkeçirici elementləri 5 və ₍₃ Se ₂ kimi _oxşar) 6 _qrupları təşkil birləşmələr. bismut və sürmə Xalkogenidlərin yarımkeçirici istilik generatorları istifadə olunur. yarımkeçirici bu cür xüsusiyyətləri çox maraqlı, lakin onlar məhdud tətbiqi populyarlıq qazanmışdır yoxdur. Lakin, onlar mövcud ki, hələ tam yarımkeçirici fizika sahəsində tədqiq deyil iştirakı təsdiqləyir.