מהו מוליך למחצה

לצד מוליכים של חשמל, ישנם חומרים רבים בטבע בעלי מוליכות חשמלית נמוכה משמעותית ממוליכי מתכת. חומרים מסוג זה נקראים מוליכים למחצה.

מוליכים למחצה כוללים: יסודות כימיים מסוימים כגון סלניום, סיליקון וגרמניום, תרכובות גופרית כגון תליום גופרתי, קדמיום גופרתי, כסף גופרתי, קרבידים כגון קרבורונדום, פחמן (יהלום), בורון, בדיל, זרחן, אנטימון, ארסן, טלוריום, יוד , ומספר תרכובות הכוללות לפחות אחד מהיסודות של קבוצת 4 - 7 של מערכת מנדלייב. ישנם גם מוליכים למחצה אורגניים.

אופי המוליכות החשמלית של המוליך למחצה תלוי בסוג הזיהומים הקיימים בחומר הבסיס של המוליך למחצה ובטכנולוגיית הייצור של חלקיו המרכיבים.

מוליך למחצה - חומר עם מוליכות חשמלית 10-10 — 104 (אוהם x ס"מ)-1 ממוקם על ידי מאפיינים אלה בין המוליך והמבודד.ההבדל בין מוליכים, מוליכים למחצה ומבודדים על פי תורת הפס הוא כדלקמן: במוליכים למחצה טהורים ומבודדים אלקטרוניים יש פס אנרגיה אסור בין הרצועה המלאה (ערכיות) לפס ההולכה.

מדוע מוליכים למחצה מוליכים זרם

למוליך למחצה יש מוליכות אלקטרונית אם האלקטרונים החיצוניים באטומי הטומאה שלו קשורים באופן חלש יחסית לגרעינים של אותם אטומים. אם נוצר שדה חשמלי בסוג זה של מוליכים למחצה, אז בהשפעת הכוחות של שדה זה, האלקטרונים החיצוניים של אטומי הטומאה של המוליך למחצה יעזבו את גבולות האטומים שלהם ויהפכו לאלקטרונים חופשיים.

האלקטרונים החופשיים ייצרו זרם הולכה חשמלית במוליך למחצה בהשפעת כוחות השדה החשמלי. לכן, אופיו של הזרם החשמלי במוליכים למחצה המוליכים חשמלית זהה לזה של מוליכים מתכתיים. אבל מכיוון שיש הרבה פעמים פחות אלקטרונים חופשיים ליחידת נפח של מוליך למחצה מאשר ליחידת נפח של מוליך מתכתי, זה טבעי שאם כל שאר התנאים זהים, הזרם במוליך למחצה יהיה קטן פי כמה מאשר במוליך מתכתי. מנצח.

למוליך למחצה יש מוליכות "חור" אם אטומי הטומאה שלו לא רק שלא מוותרים על האלקטרונים החיצוניים שלהם, אלא להיפך, נוטים ללכוד את האלקטרונים של האטומים של החומר העיקרי של המוליך למחצה. אם אטום טומאה לוקח אלקטרון מאטום של החומר העיקרי, אז באחרון נוצר מעין חלל פנוי לאלקטרון - "חור".

אטום מוליך למחצה שאיבד אלקטרון נקרא "חור אלקטרוני" או פשוט "חור".אם ה"חור" מתמלא באלקטרון שהועבר מאטום שכן, אז הוא מתבטל והאטום הופך לניטרלי מבחינה חשמלית, וה"חור" עובר לאטום השכן שאיבד אלקטרון. לכן, אם מופעל שדה חשמלי על מוליך למחצה עם הולכה של "חור", "חורי האלקטרון" ינועו לכיוון השדה הזה.

ההטיה של «חורי אלקטרונים» בכיוון הפעולה של שדה חשמלי דומה לתנועה של מטענים חשמליים חיוביים בשדה ולכן היא תופעה של זרם חשמלי במוליך למחצה.

לא ניתן להבדיל בקפדנות בין מוליכים למחצה על פי מנגנון המוליכות החשמלית שלהם, מכיוון שלצד מוליכות "חור", מוליכים למחצה זה יכולה להיות בעלת מוליכות אלקטרונית במידה כזו או אחרת.

מוליכים למחצה מאופיינים ב:

• סוג מוליכות (אלקטרונית - סוג n, חור -p -סוג);

• הִתנַגְדוּת;

• משך חיי נושא המטען (מיעוט) או אורך דיפוזיה, קצב ריקומבינציה של פני השטח;

• צפיפות נקע.

ראה גם: מאפייני מתח זרם של מוליכים למחצה סיליקון הוא החומר המוליך למחצה הנפוץ ביותר

לטמפרטורה יש יצורים המשפיעים על המאפיינים של מוליכים למחצה. עלייתו מביאה בעיקר לירידה בהתנגדות ולהיפך, כלומר. מוליכים למחצה מאופיינים בנוכחות שלילי מקדם התנגדות טמפרטורה... ליד האפס המוחלט, המוליך למחצה הופך למבודד.

מכשירים רבים מבוססים על מוליכים למחצה. ברוב המקרים, יש להשיגם בצורה של גבישים בודדים.כדי לתת את המאפיינים הרצויים, מוליכים למחצה מסוממים בזיהומים שונים. דרישות מוגברות מוטלות על טוהר החומרים המוליכים למחצה ההתחלתיים.

התקני מוליכים למחצה

טיפול בחום מוליכים למחצה

טיפול בחום של מוליך למחצה - חימום וקירור של מוליך למחצה לפי תוכנית נתונה על מנת לשנות את התכונות האלקטרופיזיקליות שלו.

שינויים: שינוי גביש, צפיפות נקע, ריכוז מקומות פנויים או פגמים מבניים, סוג המוליכות, ריכוז, ניידות ואורך החיים של נושאי המטען. ארבעת האחרונים, בנוסף, יכולים להיות קשורים לאינטראקציה של זיהומים ופגמים מבניים או לפיזור של זיהומים בחלק הארי של הגבישים.

חימום דגימות הגרמניום לטמפרטורה מעל 550 מעלות צלזיוס ואחריו קירור מהיר מביא להופעת קולטנים תרמיים בריכוזים ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר. חישול שלאחר מכן באותה טמפרטורה משחזר את ההתנגדות הראשונית.

המנגנון הסביר של תופעה זו הוא פירוק הנחושת בסריג הגרמניום שמתפזר מפני השטח או הופקד בעבר על נקעים. חישול איטי גורם להשקעת נחושת על פגמים מבניים וליציאה מהסריג. תיתכן גם הופעה של פגמים מבניים חדשים במהלך קירור מהיר. שני המנגנונים יכולים להפחית את משך החיים, אשר הוקם בניסוי.

בסיליקון בטמפרטורות של 350 - 500 מעלות, היווצרות של תורמים תרמיים מתרחשת בריכוזים גבוהים יותר, כך יותר חמצן מומס בסיליקון במהלך צמיחת הגביש. בטמפרטורות גבוהות יותר, תורמי החום נהרסים.

חימום לטמפרטורות בטווח 700 - 1300 מעלות מקטין בחדות את משך החיים של נושאי מטען מיעוט (ב-> 1000 מעלות התפקיד המכריע ממלא על ידי דיפוזיה של זיהומים מפני השטח). חימום סיליקון ב-1000-1300 מעלות משפיע על הקליטה האופטית ופיזור האור.

יישום של מוליכים למחצה

בטכנולוגיות מודרניות, מוליכים למחצה מצאו את היישום הרחב ביותר; הייתה להם השפעה חזקה מאוד על ההתקדמות הטכנולוגית. הודות להם, ניתן להפחית משמעותית את המשקל והממדים של מכשירים אלקטרוניים. הפיתוח של כל תחומי האלקטרוניקה מוביל ליצירה ושיפור של מספר רב של ציוד מגוון המבוסס על התקני מוליכים למחצה. התקני מוליכים למחצה משמשים כבסיס למיקרו-תאים, מיקרומודולים, מעגלים קשיחים וכו'.

מכשירים אלקטרוניים המבוססים על התקני מוליכים למחצה הם כמעט חסרי אינרציה. מכשיר מוליכים למחצה שנבנה בקפידה ואטום היטב יכול להחזיק מעמד עשרות אלפי שעות. עם זאת, לחלק מחומרים מוליכים למחצה יש מגבלת טמפרטורה קטנה (לדוגמה, גרמניום), אבל פיצוי טמפרטורה לא מאוד קשה או החלפה של חומר הבסיס של המכשיר בחומר אחר (לדוגמה, סיליקון, סיליקון קרביד) מבטל במידה רבה את החיסרון הזה. של טכנולוגיית ייצור התקן מוליכים למחצה מביאה להפחתה של פיזור וחוסר היציבות של הפרמטרים הקיימים עדיין.

מוליכים למחצה באלקטרוניקה

מגע מוליכים למחצה ומתכת וצומת אלקטרון-חור (צומת n-p) שנוצרו במוליכים למחצה משמשים לייצור דיודות מוליכים למחצה.צמתים כפולים (p-n-p או n-R-n) - טרנזיסטורים ותיריסטורים. מכשירים אלו משמשים בעיקר לתיקון, הפקה והגברה של אותות חשמליים.

התכונות הפוטואלקטריות של מוליכים למחצה משמשות ליצירת נגדי פוטו, פוטודיודות ופוטוטרנזיסטורים. המוליך למחצה משמש כחלק הפעיל של המתנדים (מגברים) של התנודות לייזרים מוליכים למחצה... כאשר זרם חשמלי עובר דרך צומת pn בכיוון קדימה, נושאי המטען - אלקטרונים וחורים - מתחברים מחדש עם פליטת פוטונים, המשמשת ליצירת נוריות LED.

נוריות

התכונות התרמו-אלקטריות של מוליכים למחצה אפשרו ליצור התנגדויות תרמו-אלקטריות מוליכים למחצה, צמדים תרמו-מוליכים למחצה, צמדים תרמו-אלקטריים ומחוללים תרמו-אלקטריים וקירור תרמו-אלקטרי של מוליכים למחצה המבוססים על אפקט Peltier, - מקררים תרמו-אלקטריים ומייצב תרמי.

מוליכים למחצה משמשים בממירי חום מכאניים ואנרגיה סולארית בגנרטורים תרמו-אלקטריים חשמליים וממירים פוטו-אלקטריים (תאים סולאריים).

מתח מכני המופעל על מוליך למחצה משנה את ההתנגדות החשמלית שלו (ההשפעה חזקה יותר מאשר למתכות), המהווה את הבסיס של מד המתח של המוליכים למחצה.

התקני מוליכים למחצה הפכו נפוצים בפרקטיקה העולמית, חוללו מהפכה באלקטרוניקה, הם משמשים בסיס לפיתוח וייצור של:

• ציוד מדידה, מחשבים,

• ציוד לכל סוגי התקשורת והתחבורה,

• עבור אוטומציה של תהליכים תעשייתיים,

• מכשירי מחקר,

• רָקֵטָה,

• ציוד רפואי

• מכשירים והתקנים אלקטרוניים אחרים.

השימוש במכשירי מוליכים למחצה מאפשר לך ליצור ציוד חדש ולשפר ישן, כלומר הוא מקטין את גודלו, משקלו, צריכת החשמל שלו, ולכן, הפחתת ייצור החום במעגל, הגברת חוזק, מוכנות מיידית לפעולה, אתה מאפשר לך להגדיל את חיי השירות והאמינות של מכשירים אלקטרוניים.