Puslaidininkiai - šiuolaikinės elektronikos pamatas, nuo išmaniųjų telefonų iki saulės baterijų. Jie sudaro integrinius grandynus, tranzistorius ir beveik kiekvieno skaitmeninio įrenginio pagrindą. Grynaisiais vadinami puslaidininkiai be priemaišų, o nulio temperatūroje jie yra nelaidūs - izoliatoriai. Esant aukštesnei temperatūrai, jų laidumas keičiasi dėl virpesių ir elektronų įgyto papildomo energijos kiekio.
Puslaidininkio dėsniai: medicina tarp elektroninių įrankių
Elektronai ir skylės puslaidininkyje juda chaotiškai, dreifuodami, o jų judėjimą sąlygoja tankių skirtumas ir temperatūra. Tokių kristalų gamtoje nepasitaiko - jie gali būti sukuriami tik taikant specialias technologijas. Grynaisiais vadinami puslaidininkiai be priemaišų. Nutylėkime bandymus ir pereikime prie pagrindinių mechanizmų, lemiančių tikslųjį laidumą.
Krūvininkų generacija ir rekombinacija
Atomų ryšiai ir valentiniai elektronai gali būti iškilę į viršų, formuodami įgytas laisvas krūvininkų būsenas. Krūvininkai - elektronai arba skylės - generuojami ir rekombinuojami: šiuo procesu išsiskiria energija ir gali būti spinduliuojama arba ne. Nurodėme, kad nedalyvauja branduoliai ir cheminės reakcijos, o elektriniai procesai vyksta tik elektronų ir skylių lygiu.
Priemaišų tipai ir jų įtaka
Darant puslaidininkio legiruotę, į į kristalinę gardelę įvedami trivalenčiai priemaišų atžvilgiu - galio (Ga), galio (Ga) ar kitų penktosios grupės elementų. Tai suteikia vadinamąjį acceptorinį laidumą, kai trivalenčių priemaišų trūkumą atlydo elektronai iš priemaišos arba iš proceso įterpiamų laisvų elektronų. Taip pat yra donorinis laidumas, kai priemaišos suteikia papildomų elektronų arba skylės kyla, priklausomai nuo tipo.
Ryšiai su atomu priemaišose dažnai silpni, todėl jų įtaka yra specifinė: elektronai gali užimti trūkstamą ryšį ir pasidengti naujais energetiniais sluoksniais. 3 pav. rodo trijų tipų puslaidininkinius kristalus, įskaitant vadinamuosius „idealiuosius kristalus“ su nepriekaištais ryšiais, kurių tikrovėje nėra gamtoje.
Taip pat skaitykite: Elektrolito tankio priklausomybė nuo temperatūros analizė
Tankis, judrumas ir temperatūros įtaka
Elektronų ir skylių judrumas puslaidininkyje nėra lygus - jų dviejų tipų judėjimas skiriasi dėl skirtingų tankių regionų. Difuzijos srovė yra elektros srovė, kyla dėl skirtingo krūvio iškritimo į šviesos krypties. Temperatūros pokyčiai keičia laisvųjų krūvininkų gyvavimo trukmes ir jų koncentraciją kristale - virpesių įtaka gali leisti skirtingus cheminius procesus.
Nuo temperatūros priklauso ir specifinės varžos reikšmės: dielektrikai turi mažai laisvųjų elektronų ir didelę varžą, o tuo metu esant daugiau laisvųjų elektronų - varža mažėja. Puslaidininkyje atsiranda aktyviosios krūvininkų generacijos ir rekombinacijos, kurios priklauso nuo temperatūros ir išorinių laukų.
Įtaka temperatūrai ir įtampa
Pasidarius įtvirtintu įterpimo procesu, elektronai gali pereiti į kitą, tolimesnę skridimo trajektoriją, kai jiems suteikiamas tam tikras energijos kiekis. Kai įdiegiami netolygūs krūvinių srautai, judėjimas į silpnesnes sritis skatina difuziją ir krūvininkų migraciją. Šiomis sąlygomis įvyksta didesnis laidumas, o tai leidžia dirbti esant aukštesnei temperatūrai.
Praktiniai kristalų pavyzdžiai
1 pav. rodo deimanto tetraedrinę struktūrą, o 2 pav. - ryšiais vadinamą idealų kristalą, kurio natūraliame pasaulyje nėra. Tačiau tokius kristalus galima kurti taikant specialias technologijas. Grynieji puslaidininkiai be priemaišų laikomi užuominos pavyzdžiais, o nulio temperatūros metu jie yra nelaidūs - izoliatoriai. Virpesiai ir elektronai gali įgyti papildomos energijos, todėl elektroninis judėjimas tampa įmanomas tik esant įtampos ar temperatūros pokyčiams.
Puslaidininkinių įvairovė ir praktika
N tipos kristaluose yra daugiau elektronų, o P tipo - daugiau skylių. Puslaidininkiai pakeitė mūsų gyvenimą, gebėdami veikti kontroliuojamomis sąlygomis ir tapdami šiuolaikinių technologijų pagrindu. Puslaidininkinių diodų ir kitų puslaidininkinių įrenginių studijos žymiai pagerino mūsų technologinį pasaulį.
Taip pat skaitykite: Priklausomybė: klampumas ir tankis
Tačiau realybėje tokie kristalai nėra natūraliai randami; jie turi būti sukurti laboratorijose ir gamyklose. Grynieji puslaidininkiai suteikia galimybę tyrinėti pradinį laidumą, o įterpiant priemaišas galima sukurti norimą laidumo tipą ir intensyvumą. Tiksliai valdomos priemaišos leidžia kurti pritaikytus elektroninius įtaisus, kurių našumas priklauso nuo temperatūros ir krūvio sąlygų.
Techniniai įrašai ir užduotys
- N tipo kristaluose yra daugiau elektronų; P tipo kristaluose - daugiau skylių.
- Elektronai ir skylės skirtingai judėja, todėl varža priklauso nuo jų koncentracijos.
- Virpesiai gali perkelti elektronus į aukštesnes energijos būsenas; rekombinacija išskiria energiją.
- Diagramos iliustruoja kristalų struktūras ir idealiuosius kristalus, kurie egzistuoja tik taikant ypatingas technologijas.
Įtrauktos įtrauktys: praktiniai pavyzdžiai iš švietimo kurso
Šiame straipsnyje remiamasi švietimo kurso dalimis: Elektros srovė įvairiose terpėse, Puslaidininkiai ir jų savybės, Atomo sandara, Radioaktyvumas bei Žemė ir Visata. Puslaidininkiai - pagrindinis šio laikotarpio technologijų variklis, kuris įgalina modernias valdymo sistemas ir energijos generavimo sprendimus. NIR spinduliuotė ir kvantiniai efektai taip pat turi įtakos puslaidininkių charakteristikoms ir jų reagavimui į temperatūros pokyčius.
Kas yra puslaidininkis?
Duomenų taikymas ir galimybės
Šio straipsnio tikslas - perteikti, kaip temperatūra įtakoja kruvininkų tankį ir judrio puslaidininkiuose. Ypač svarbu suvokti, kaip darbiniai įtempimai, priemaišos ir temraturų pokyčiai lemia elektrinį laidumą ir pritaikymo galimybes skirtingose technologijose - nuo mikroelektronikos iki optoelektronikos.
Taip pat skaitykite: Šviesos bangos ilgio pokyčiai skirtingose terpėse
tags: #kruvininku #tankio #ir #judrio #priklausomybe #nuo