Полупроводниковый элемент: полупроводниковый элемент — это… Что такое полупроводниковый элемент?

полупроводниковый элемент - это... Что такое полупроводниковый элемент?

полупроводниковый элемент
semiconductor element

Большой англо-русский и русско-английский словарь. 2001.

  • полупроводниковый электрод
  • полупроводящая лента

Смотреть что такое "полупроводниковый элемент" в других словарях:

  • полупроводниковый элемент — Деталь аппарата, позволяющая переключать ток в электрической цепи воздействием на проводимость полупроводникового материала. [ГОСТ 50030.5.1 2005] Тематики аппарат, изделие, устройство …   Справочник технического переводчика

  • полупроводниковый элемент — puslaidininkinis elementas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. semiconductor element vok. Halbleiterelement, n rus. полупроводниковый элемент, m pranc. élément semi conducteur, m …   Fizikos terminų žodynas

  • полупроводниковый элемент — 2.3.2. полупроводниковый элемент: Деталь аппарата, позволяющая переключать ток в электрической цепи воздействием на проводимость полупроводникового материала. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

  • дискретный полупроводниковый элемент — diskretusis puslaidininkinis elementas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. discrete semiconductor vok. diskretes Halbleiterbauelement, n rus. дискретный полупроводниковый элемент, m pranc. semi conducteur discret, m …   Automatikos terminų žodynas

  • бескорпусный полупроводниковый элемент — bekorpusis puslaidininkinis elementas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. bare semiconductor element; uncased semiconductor element vok. gehäuseloses Halbleiterbauelement, n rus. бескорпусный полупроводниковый элемент, m pranc.… …   Radioelektronikos terminų žodynas

  • ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ЛАЗЕР — лазер на основе полупроводникового кристалла. В отличие от лазеров др. типов, в П. л. используются излучательные квант. переходы между разрешёнными энергетич. зонами, а не дискр. уровнями энергии (см. ПОЛУПРОВОДНИКИ). В полупроводниковой активной …   Физическая энциклопедия

  • полупроводниковый коммутационный элемент — Элемент, выполняющий коммутацию тока в электрической цепи посредством воздействия на проводимость полупроводника. [ГОСТ Р 50030.5.2 99 (МЭК 60947 5 2 97)] Тематики датчики и преобразователи физических величин …   Справочник технического переводчика

  • полупроводниковый коммутационный элемент — Элемент, выполняющий коммутацию тока в электрической цепи посредством воздействия на проводимость полупроводника. [ГОСТ Р 50030.5.2 99 (МЭК 60947 5 2 97)] Тематики датчики и преобразователи физических величин …   Справочник технического переводчика

  • полупроводниковый фотоэлемент — полупроводниковый фотоэлемент; фотогальванический элемент; отрасл. фотоэлемент с запирающим слоем; вентильный фотоэлемент Фотоэлектрический полупроводниковый прибор, действие которого основано на использовании фотогальванического эффекта.… …   Политехнический терминологический толковый словарь

  • полупроводниковый излучающий элемент — Часть полупроводникового прибора отображения информации, состоящая из излучающей поверхности и контактов для подключения к электрической схеме. [ГОСТ 15133 77] Тематики полупроводниковые приборы …   Справочник технического переводчика

  • полупроводниковый атомный электроэлемент — полупроводниковый атомный электроэлемент; атомный элемент Корпускулярноэлектрический полупроводниковый прибор, предназначенный для получения электрической энергии. Примечание. Совокупность электрически соединенных атомных элементов называется… …   Политехнический терминологический толковый словарь

Полупроводниковые элементы - Энциклопедия по машиностроению XXL

Сварочные выпрямители. Это источники постоянного сварочного тока, состоящие из сварочного трансформатора с регулирующим устройством и блока полупроводниковых выпрямителей (рис. 31). Иногда в комплект сварочного выпрямителя входит еще дроссель, включаемый в цепь постоянного тока. Дроссель служит для получения падающей внешней характеристики. Действие сварочных выпрямителей основано на том, что полупроводниковые элементы проводят ток только в одном направлении. Наибольшее применение в сварочных выпрямителях получили селеновые и кремниевые полупроводники. Сварочные выпрямители выполняют в подавляющем большинстве случаев по трехфазной схеме, преимущества которой заключаются в большом числе пульсаций напряжения и более равномерной загрузке трехфазной сети.  
[c.61]

Солнечная энергия может быть преобразована непосредственно в электрическую при помощи полупроводниковых элементов. Сейчас подобные системы — необходимая часть энергоснабжения всех космических кораблей. Создание земных установок для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую связано с определенными трудностями и экономически выгодно лишь в районах с благоприятным климатом. Рациональным является размещение станций на спутнике, обращающемся вокруг Земли (рис. 0-4) [228] в космосе, где наиболее эффективен процесс преобразования солнечной энергии, доступной почти 24 ч в сутки при удвоенной интенсивности излучения. Солнечные космические энергосистемы могли бы полностью обеспечить энергетические потребности в будущем, удовлетворитель-  
[c.8]

В работе [199] описан плоский термоэлектрический генератор, состоящий из полупроводниковых элементов на основе теллурида висмута. На наружную (теневую) сторону токонесущих пластин нанесено покрытие, обеспечивающее высокий коэффициент излучения 0,9.  [c.223]

Полупроводниковый элемент имеет следующее устройство. В плоском кристалле кремния или другого полупроводника с дырочной проводимостью создается тонкий слой полупроводника с электронной проводимостью. На границе раздела этих слоев возникает р—л-переход. При освещении полупроводникового кристалла в результате поглощения света происходит изменение распределения электронов и дырок по энергиям. Этот процесс называет-  [c.304]

Подробнее о полупроводниковых термоэлементах см. А. Ф, Иоффе. Полупроводниковые элементы. АН СССР, 1960.  

[c.602]

Германий, используемый для изготовления полупроводниковых элементов, не должен содержать случайных примесей больше 51(Т %. Наиболее распространенным способом очистки германия является метод зонной плавки. Электронный и дырочный тип электропроводности в германии создают путем легирования его соответствующей примесью. Концентрация легирующей примеси обычно составляет один атом на - 10 атомов полупроводника. Поэтому примесь в германий вводят в виде лигатуры, которая является сплавом германия с примесью. В лигатуре примесь содержится уже в значительных количествах (составляет проценты).  [c.78]

Допустимое содержание посторонних примесей в кремнии, используемом в производстве полупроводниковых элементов, не должно превышать 10 %. Высокая стоимость кремния связана главным образом со сложностью его очистки. Основные физические свойства кремния приведены в табл. 3.1. Марки-  [c.80]

При изготовлении большинства полупроводниковых элементов применяют монокристалличе-ские материалы. Это объясняется тем, что подвижность и время жизни свободных носителей заряда в монокристаллах выше, чем в поликристаллическом материале, который к тому же обладает и значительной неоднородностью свойств.  

[c.81]


Увеличение проводимости полупроводников происходит при воздействии на них лучистой энергии. Объясняется это тем, что энергия кванта света—фотона превосходит ширину запретной зоны большинства даже чистых полупроводниковых элементов. Зависимость проводимости полупроводников от освеш,енности может быть выражена формулой  [c.274]

Надежность тиристорных преобразователей, определяемая надежностью полупроводниковых приборов выпрямителя, преобразователя, системы защиты (достаточно сложной) снижается по мере увеличения числа полупроводниковых элементов. Поэтому на каком-то пороге мощности тиристорный преобразователь должен неизбежно уступить в надежности машинному. Маломощные тиристорные преобразователи невыгодны из-за необходимости иметь сложную схему защиты. Машинные преобразователи, изготовляемые по традиционной технологии серийного электромашиностроения из недефицитных распространенных материалов, должны быть самыми дешевыми.  

[c.28]

Для дальнейшего развития электрификации и автоматизации промышленности потребовались многие виды электротехнических материалов и в первую очередь новейшие гибкие высокомолекулярные диэлектрики с нагревостойкостью до 600— 650 °С, надежные в эксплуатации полупроводниковые элементы, ферромагнетики с высокими магнитными характеристиками и т. д.  [c.6]

Дальнейшее развитие электроники твердого тела позволило перейти от дискретных полупроводниковых приборов к созданию и серийному производству узлов электронной аппаратуры и схем, устройств и приборов в целом. Это прогрессивное направление техники получило название микроэлектроники. Научной задачей, решаемой с помощью микроэлектроники, является создание сложнейших кибернетических систем для использования в народном хозяйстве, для освоения космоса, для исследований в области биологии и медицины. Техническая задача микроэлектроники сводится к дальнейшему сокращению размеров и массы электронной аппаратуры, увеличению плотности монтажа при одновременном повышении ее долговечности и надежности. Осуществить это возможно только на основе резкого сокращения затрат мош,ности в электронных схемах на полупроводниковых элементах. Экономическая задача микроэлектроники заключается в существенном сокращении потребности в материалах, трудоемкости и капитальных вложений в производство электронной аппаратуры н приборов, в перевозку деталей и аппаратуры, а также в снижении энергетических затрат при ее производстве и эксплуатации.  

[c.231]

Для сокращения габаритных размеров прибора и снижения расход энергии от батарей вся схема выполнена на полупроводниковы элементах.[c.46]

При разработке конструкций таких самолетов целесообразно, сохраняя полетный вес, уменьшать собственный вес конструкции, соответственно увеличивая коммерческую (полезную, или платную ) нагрузку. При снижении веса пустого самолета на 1 % можно увеличить коммерческую нагрузку примерно на 4,5% и на столько же снизить себестоимость перевозок. В связи с этим в гражданском самолетостроении нашли применение новые высокопрочные сплавы, сотовые конструкции, полупроводниковые элементы в радиоэлектронном оборудовании, склейка металлов и многие другие конструкционные и технологические новшества, способствующие снижению собственного веса конструкции самолета и повышению его эксплуатационной эффективности.  

[c.379]

Ограничение утечки тяговых токов с локальных участков электрифицированного пути (туннели, депо, станционные парки) может быть осуществлено вентильным секционированием, т. е. подключением таких участков к остальной рельсовой сети посредством полупроводниковых элементов. При необходимости пропуска тягового тока в обход выделенного участка устанавливается шунтирующая перемычка, изолированная от земли, сечением, эквивалентным по проводимости одной рельсовой нити. При двухниточных рельсовых цепях в перемычку и в цепь одного из вентильных блоков последовательно включаются защитные дроссели с сопротивлением сигнальному току 50 гц не менее 5 ом. Перемычка в этом случае подключается к средним точкам путевых дросселей.  

[c.36]

В новой книге М. Васильев рассказывает о мире машин, вырабатывающих энергию о паровых и газовых турбинах, о двигателях тепловозов и космических ракет, об атомных и геотермических электростанциях. Интересно п живо ведется рассказ о поисках новых путей превращения энергии, тепловых и полупроводниковых элементах, гелиоэлектростанциях, магнитогидродинамических установках и т. д. Книга хорошо иллюстрирована. Рассчитана на широкий круг читателей.  [c.2]


Устройство нашего термоэлектрогенератора не сложно. В этом колпаке находятся полупроводниковые элементы, соединенные последовательно друг с другом. Спаи, обращенные к стеклу лампы, нагреваются ее пламенем, обращенные наружу, охлаждаются воздухом. Чтобы увеличить охлаждение, и сделаны выступающие пластины...  [c.87]

В качестве оперативной памяти АР в настоящее время наиболее предпочтительно применять ЗУ на магнитных и полупроводниковых элементах (ППЗУ). Последний тип более перспективен благодаря большим возможностям совершенствования технологии  [c.23]

Релейный блок представляет собой приемно-усилительное устройство, состоящее из усилителя-калибратора, собранного на полупроводниковых элементах, релейного интегратора и низковольтного выпрямителя со стабилизатором.  [c.127]

Тиристорный регулятор напряжения предназначен для стабилизации напряжения машинных генераторов повышенной частоты на заданном уровне при изменении характера и величины нагрузки. Схема регулятора собрана на полупроводниковых элементах. Описываемая схема является результатом совершенствования системы регулирования н стабилизации напряжения машинных генераторов повышенной частоты, работающих параллельно в системе централизованного питания установок для нагрева стальных изделий под термообработку, штамповку и др. (рис. 8.8).  [c.218]

Значение е может быть достаточно высоким при использовании металлических проводников в сочетании с полупроводниковыми элементами.  [c.79]

Используем вариационную формулировку задачи теплопроводности в неоднородном теле (см. 2.4) для анализа характеристик термоэлектрической теплоизоляции [12]. Рассмотрим плоский слой термоизоляции площадью Fq и толщиной h (рис. 3.7,а) с теплопроводностью теплоизолятора К, заключенный между двумя тонкими металлическими пластинами 1 и 2. Между пластинами расположен также полупроводниковый элемент 3 с площадью поперечного сечения /3, теплопроводностью А. 3 и электропроводностью Р3. Высота элемента может быть меньше h. В этом случае его коммутация с пластинами осуществляется проводниками из одинакового с пластинами материала. В первом приближении температуры и Т2 каждой пластины можно считать постоянными по их поверхности и равными температурам соответствующих контактов с полупроводниковым элементом. Выделение (или поглощение) тепло-  [c.79]

Исследования в области микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры начались в конце 1950 г. С тех пор были разработаны различные методы микромодульного конструирования, тонкопленочные устройства, полупроводниковые интегральные схемы. Эти методы быстро развивались, заимствовались лучшие технологические решения тех или иных проблем. Многие специалисты считают, что дальнейшее развитие интегральной микроэлектроники пойдет по пути комбинирования различных подходов к микроминиатюризации. Уже сейчас для получения резисторов с лучшими характеристиками используются методы осаждения тонких пленок непосредственно на полупроводниковые схемы. Изготовители тонкопленочных микросхем разрабатывают методы присоединения полупроводниковых элементов к тонкопленочной пассивной схеме.[c.23]

Большое значение придается высокой надежности изделий. Например, надежность изделий, в частности диэлектрических деталей, во многом зависит от воздействия на них влаги. Поэтому необходимо тщательное изучение механизма диффузий влаги и старения за счет локализации протона в решетке диэлектрика с образованием красящих центров. По мнению ведущих специалистов стоимость и размеры интегральных схем радиоэлектроники в значительной степени определяются эффективностью герметизации. Известно также, что габариты навесного транзистора с чехлом во много раз больше, чем полупроводникового элемента.  [c.33]

Небольшой участок высокочастотного тракта заменяется полупроводниковым элементом, нагрев которого при. поглощении мощности создает термо-электродвижущую силу, зависящую от уровня мощности в линии.  [c.206]

В качестве регулирующих двигателей в нагружателях используют шаговые двигатели типа ШД-4 с гидроусилителями. Управление осуществляется от программирующего блока, построенного на базе логических и функциональных полупроводниковых элементов серии Спектр . На рис. 2 представлена блок-схема программирующего устройства.  [c.157]

Широкое внедрение термоэлектрического охлаждения будет зависеть от дальнейшего прогресса в создании совершенных полупроводниковых материалов, а также от серийного производства эффективных в экономическом отношении термобатарей. Не останавливаясь подробно на последнем обстоятельстве, укажем только, что рационализация конструкции термобатарей и, в частности, применение рассредоточенных полупроводниковых элементов в них, как показали опытные исследования В. А. Семенюка и М. Н. Томашевич, делает возможным сократить в несколько раз расход полупроводникового материала и, следовательно, существенно удешевить их производство [Л. 59].  [c.174]

Деление описаний объектов иа аспекты и иерархические уровни иепосредствеиио касается математических моделей. Выделение аспектов описания приводит к выделению моделей электрических, механических, гидравлических, оптических, химических н т. и., причем модели процессов функционирования изделии и модели процессов их изготовления различные, например модели полупроводниковых элементов интегральных схем, описывающих процессы диффузии и дрейфа подвижных носителей заряда в полупроводниковых областях при функционировании прибора и процеееы диффузии примесей в полупроводник при изготовлении прибора.  [c.37]

Германий является одним из первых полупроводниковых материалов, получивших широкое практическое применение в серийном производстве различных полупроводниковых элементов. Его используют для изготовления выпрямительных и импульсных диодов, самых различных видов тиристоров, фотодиодов, фоторезисторов, фототранзисторов, детекторов инфракрасного излучения, тиристоров, счетчиков ядерных частиц, тензометров и т. д. Диапазон рабочих те,мпсратур этих приборов от - 60 до +80" С.  [c. 77]


Для изготовления полупроводниковых элементов - вьшрямите-лей переменного тока и фотоэлементов - используют серый кристаллический селен. Ширина его запрещенной зоны 1,79 эВ. Температурный интервал работы селеновых выпрямителей от -60 до +75°  [c.80]

Процент выхода годных полупроводниковых элементов, их характеристики зависят от степени очистки, однородности исходного материала, степени его легирования к др. Наиболее жесткие требования к полупроводниковым мятепиялям предъявЛ-Яют при производстве транзисторов и интегральных схем. В таких приборах, как фото- и тер.морезисторы, допускается использование поли-кристаллических аморфных веществ.  [c.81]

Согласно зонной теории электропроводности полупроводники отличаются малой шириной запрещенной зоны. В табл. 5-1 показана ширина запреш,енной зоны беспри-меснцх полупроводниковых элементов.  [c. 270]

Карбид кремния. Он является единственным бинарным соединением, образованным полупроводниковыми элементами IV группы таблицы Менделеева. Это нолупроводииковый материал с большой шириной запрещенной зоны 2,8—3,1 эВ (в зависимости от модификаций). Карбид кремния применяют для изготовления полупровод- иковых приборов, работающих дри высоких температурах вплоть до 700 °С.  [c.290]

Собственный полупроводник — полупроводник, не содержащий примесей, влияющих на его электропроводность. Общие представления зонной теории твердого тела, приведенные во введении, указывают, что для полупроводников характерно наличие не очень широкой запрещенной зоны в энергетической диаграмме (см. рис. В-8). Ширина запрещенной зоны полупроводниковых элементов приведена в табл. 8-2. Для наиболее широко используемых полупроводпикоп она составляет (0,8—4,0)-10" Дж (0,5—2,5 эВ). На рис. 8-1, а приведена энергетическая диаграмма собственного полупроводника, т. е.  [c. 231]

На станках данного типа производится обработка координатнорасположенных отверстий без применения дорогостоящих кондукторов. Точность расположения отверстий при этом зависит от точности останова исполнительного органа станка в заданном положении. Запаздывание с переключениями, инерционные перебеги, люфты, упругие деформации деталей — все это отрицательно сказывается на точности. Основными путями уменьшения влияния указанных факторов на точность позицирования являются следующие подача сигнала на отключение или переключение станка заблаговременно, с учетом фактора запаздывания сокращение времейи прохождения сигнала на отключение или переключение за счет выполнения канала передачи сигнала на быстродействующих полупроводниковых элементах введение торможения рабочего органа станка с выполнением его возможно ближе к исполнительному органу с тем, чтобы уменьшить массу подтормаживаемых узлов.  [c.209]

Работы в области полупроводниковых логических элементов привели к созданию методики расчета оптимальных схем элементов, учитывающей как наихудшие, так и вероятностные сочетания значений параметров, к разработке способов повышения надежности элементов за счет построения избыточных структур и созданию различных полупроводниковых элементов и систем. Разработанные элементы нашли широкое применение для построения различных систем автоматического управления, в том числе телеавтоматической системы управления поточно-транспортными линиями. Была разработана единая серия полупроводниковых логических элементов общепромышленного назначения, в которую вошли логические и функциональные элементы, элементы времени, усилителр и блоки питания (рис. 47). Единая серия разрабатывалась совместно Институтом автоматики и телемеханики АН СССР, Всесоюзным научно-исследовательским институтом электропривода, Центральным научно-исследовательским институтом МПС, Конструкторским бюро Цветметавтоматика и рядом других организаций. Разработанная серия полупроводниковых логических элементов работает при колебаниях напряжения питания 20%, изменениях температуры окружающей среды от —45 до +60° С при частоте до 20 кгц.  [c.266]

Различные конструктивные элементы по-разному реагируют на акустический шум. Под действием акустического шума, например, в электронных лампах возникаетмикрофонный эффект, начинают вибрировать контакты реле и малогабаритные элементы аппаратуры, а также микросхемы и полупроводниковые элементы. Некоторые электровакуумные приборы имеют наибольшие выходные значения напряжения микрофонного эффекта при воздействии звукового давления с уровнем 140—150 дБ. Звуковое давление возбуждает колебания в корпусах радиоэлементов благодаря распределенному усилию, величина которого зависит от площади каждой детали и уровня дав-  [c.443]

С 1950 г. было разработано более 22 новых моделей счетных машин, которые по технической характеристике стоят на уровне современных машин иностранных фирм. В новых конструкциях используются полупроводниковые элементы и ферриты, позволяющие повысить быстродействие и сократить габариты машин. Важнейшие из этих машин — электронный булятор, перфоратор и др.  [c.13]

Значительно повышена стабильность электронноламповых усилителей, работающих от О гц (или от малых долей 1 гц) [37]. Специально для виброизмерений созданы низкочастотные усилители на полупроводниковых элементах [38], [39 ]. Эта аппаратура питается низковольтными батареями, совершенно не создает микрофонного эффекта и весьма портативна. Вошли в практику осциллографы с непосредственной записью чернилами или оптическим путем на фотобумаге, не требующей лабораторной обработки [40]. Продолжается разработка автоматических анализаторов спектра, выдающих вместо виброграммы готовую спектрограмму [41 ]. Появились публикации о телеметрической аппаратуре, предназначенной для регистрации на земле вибрации, воспринимаемой датчиками, установленными на летящей ракете [42].  [c.406]

Фотодатчик (рис. 9) состоит из тубуса, в котором укреплено на ламповой панели фотосопротивление ФСА-Г2. Последнее защищено оправой с кварцевым стеклом. Вывод проводов из тубуса осуществляется через штепсельный разъем. Основное звено ЗЗУ — четырехкаскадный усилитель фотодатчика, выполненный на полупроводниковых элементах.  [c.18]

Полупроводниковый элемент, изготовленный из сплавов сурьма-цинк (8Ь2п) и сурьма-кадмий (8ЬСс1), представляет собой цилиндр, одна торцевая плоскость которого устанавливается на уровне с внутренней поверхности линии, образуя часть поверхности волноводного тракта, и поэтому нагревается за счет проходящей по тракту высокочастотной мощности.[c.206]

Если обозначить через Si и S2 попе(речное сечение ветвей тер.моэлементов I — высоту полупроводникового элемента р1 и р2 — эле1КтрИ чеокие сопротивления, то  [c.160]

Полупроводниковые элементы /V и Р припаиваются к металлическим коммутационным пластинам, образуя в верхней части холодные, а в нижней — горячие спаи. В последнее время сделаны успешные попытки заменять пайку полупроводниковых элементов к коммутационным пластинам механическими прижимами, обеспечивающими хорошие электрические и тепловые контакты. Такая технология обеопечивает более дешевую копстпук-цию термобатарей (называемых модулями ), особенно в серийном их производстве.  [c.164]


Полупроводниковые элементы IVе группы - Справочник химика 21

    К р-элементам четвертой группы относятся углерод, кремний, германий, олово и свинец. Типические р-эле-менты 4 группы углерод и кремний — неметаллы. Германий, олово и свинец объединяют в подгруппу германия в виду большого сходства их свойств. У германия преобладают неметаллические свойства и ему присущи полупроводниковые свойства. [c.75]

    Были рассмотрены свойства полупроводников IV группы Периодической системы элементов Д. И. Менделеева. С увеличением порядкового номера элемента сверху вниз закономерно меняются их физикохимические и полупроводниковые свойства. Если первый элемент группы примыкает к изоляторам, то последний — свинец — представляет собой металл. В ряду алмаз — серое олово наблюдается падение температуры плавления и ширины запрещенной зоны, увеличение удельной проводимости и длины химической связи. Последнее обстоятельство играет существенную роль, так как увеличение длины кова- [c.116]


    Германий обладает полупроводниковыми свойствами и с этим связано его основное применение. Германий, идущий для изготовления полупроводниковых приборов, подвергается очень тщательной очистке. Она осуществляется различными способами. Один из важнейших методов получения высокочистого германия — это зонная плавка (см. разд. 11.3.4). Для придания очищенному германию необходимых электрических свойств в него вводят очень небольшие количества определенных примесей. Такими примесями служат элементы пятой и третьей групп периодической системы, например, мышьяк, сурьма, алюминий, галлий. Полупроводниковые приборы из германия (выпрямители, усилители) широко применяются в радио- и телевизионной технике, в радиолокации, в счетно-решающих устройствах. Из германия изготовляют также термометры сопротивления. [c.421]

    Маделунг О., Физика полупроводниковых соединений элементов 111 и V групп, Изд. Мир , 1967. [c.611]

    Полупроводниковые материалы условно подразделяют на химические элементы (элементарные полупроводники) и химические соединения (сложные полупроводники). В настоящее время известны кристаллические модификации 13 химических элементов, обладающие полупроводниковыми свойствами. Все они находятся в главных подгруппах IИ—VU групп периодической системы элементов Менделеева  [c.311]

    Четвертая группа периодической системы включает два типических элемента — углерод и кремний — и подгруппы германия и титана. По значимости тех элементов, которые входят в состав IV группы, с ней не может сравниться никакая другая группа системы. Углерод является основой органической химии, главным органогенным элементом, следовательно, необходимым компонентом организма всех живых существ. Второй типический элемент группы — кремний — главный элемент неорганической химии и всей неживой природы. По целому ряду экстремальных свойств титан и сплавы на его основе являются уникальными конструкционными материалами, которые широко применяются в авиа- и судостроении, космической технике. Еще в большей мере титан — металл будущего. Со времени создания первого твердотельного транзистора на германии (1948), произведшего целую революцию в радиоэлектронике, в течение 10 лет германий оставался доминирующим полупроводниковым материалом, уступив первое место опять же представителю IV группы — кремнию. В настоящее время интегральные схемы на основе кремния являются основой компьютеров, микропроцессоров, логических устройств и т. п., без чего нельзя представить себе современную научно-техническую революцию. [c.179]

    Иногда может иметь место многократная ионизация дефектных центров. Так, донорный центр может потерять два электрона, в результате чего образуется центр с двумя положительными зарядами, а акцептор может присоединить больше одного электрона. Примеси могут быть в равной мере и донорами, и акцепторами, как, например, золото и медь в полупроводниковых элементах IV группы. [c.56]

    Представляет интерес изучение зависимости ширины запретной зоны ряда полупроводниковых элементов четвертой группы и соединений элементов, равноудаленных от четвертой группы, от параметра /М. [c.297]

    Полупроводниковые элементы 1У-В группы [c.238]

    Бесконтактные САУ. В электрических САУ бесконтактные магнитные и полупроводниковые элементы применяются в различных сочетаниях, образуя вариации схем бесконтактной САУ. По принципу образования основного измерительного элемента бесконтактные САУ могут быть разделены на три основные группы бесконтактные САУ на полупроводниковых приборах бесконтактные САУ на бесконтактных магнитных реле (БМР) комбинированные бесконтактные САУ, в которых как правило, БМР используется для образования требуемой релейной характеристики а полупроводниковые приборы — для усиления управляющего воздействия. Бесконтактные САУ не получили пока широкого применения в серийных тепловозах. Опытные разработки таких систем они саны в литературе 16]. [c.220]

    Рассмотрим полупроводниковые элементы IV группы алмаз, кремний, германий и олово. По мере увеличения атомного номера направленная ковалентная связь становится все слабее, и у олова уже намечается переход к гомеополярной металлической связи. Различие между ковалентным полупроводником и металлом заключается в следующем. В металлах участие электронов в образовании связей приводит к появлению лишь частично заполненных валентных оболочек атомов остаются пустые металлические орбиты, которые дают возможность валентным электронам переносить ток. В полупроводниковых кристаллах установление ковалентной связи приводит к заполнению орбит зрз чтобы электрон мог свободно двигаться через кристалл, его нужно перевести на более высокую орбиту. Энергия, необходимая для этого возбуждения, соответствует ширине запрещенной зоны данного материала и уменьшается по мере увеличения атомного номера элемента из-за все возрастающего влияния металлической компоненты связи. [c.58]

    Широкое применение полупроводников привело к созданию новых сложных полупроводниковых систем на основе химических соединений. Поиск таких соединений базировался, в первую очередь, на аналогии их структуры со структурой элементарных полупроводников. Так, согласно правилу октета следует ожидать, что полупроводниковыми свойствами будут обладать не только простые вещества типа AIV Д1У но и сложные соединения типа В", А В , А >В и А В , в кристаллической решетке которых на каждый атом приходится такое же количество электронов, как и в кристаллах простых веществ элементов IV группы. Действительно, полупроводниковыми свойствами обладают кристаллы следующих соединений, которые имеют тетраэдрическую структуру  [c.313]


    В настоящее время наибольшее распространение получили полупроводниковые элементы из кремния с примесями элементов III группы (р-полупроводники) или элементов V группы (л-полупро-водники) Периодической системы Д.И. Менделеева. При плотности облучения солнечным потоком около 1 кВт/м плотность тока в элементах достигает 200 А/м. Солнечная батарея из таких элементов может иметь электрическое напряжение до 120 В. При необходимости его можно повысить с помощью инверторов до любого промышленного значения. [c.309]

    Общая характеристика элементов групш>1 IV. В группу IV входят типические элементы углерод - основа химии живой природы, кремний основа химии неживой природы, германий — полупроводниковый материал, осуществивший целую революцию в радиоэлектронике, титан - основа уникальных конструкционных материалов. Никакая группа ПС не может сравниться по значимости своих элементов с группой IV. Особенность электронной структуры атомов элементов группы IV число валентных электронов, равное 4, является оптимальным для возникновения тетраэдрических связей, причем для углерода число валентных электронов равно числу валентных орбиталей, ф Углерод склонен образовы- [c.240]

    Широкое распространение получили полупроводниковые соединения. Такие соединения образуются, например, элементами пятой и третьей групп периодической системы, из них большое значение имеет арсенид галлия ОаАз. Ширина запрещенной зоны в подобных соединениях обычно растет со степенью ионности связи и определяется поэтому разницей электроотрицательностей составляющих их атомов. Замещение атомов соединения на атомы примесей с отличными валентностями приводит, как и в случае германия, к п- (например, при замене Аз в ОаАз на атом селена или теллура) или к р-проводимости (например, при замене в том же соединении Оа на Са или Mg).[c.519]

    Полупроводниковые свойства кремния, германия и некоторыя других простых веществ и соединений элементов IV группы периодической системы определяются прежде всего особенностями их электронной структуры и характером связи атомов в кристаллической решетке. Они имеют тетраэдрическую кристаллическую решетку каждый атом связан с четырьмя другими атомами ковалентной связью. При образовании этой связи происходит как бы перекрывание электронных орбит атомов и зр -гибридизация связей. Все связи становятся равноценными в любом тетраэдрическом направлении. Вследствие этого электроны сравнительно прочно связаны с атомами свободных электронов, способных проводить ток, насчитывается примерно [c.94]

    ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества с электронной проводимостью, величина электропроводности которых лежит между электропроводностью металлов и изоляторов. Характерной особенностью П. является положительный температурный коэффициент электропроводности (в отличие от металлов). Электропроводность П. зависит от температуры, количества и природы примесей, влияния электрического поля, света и других внешних факторов. К П. относятся простые вещества — бор, углерод (алмаз), кремний, германий, олово (серое), селен, теллур, а также соединения — карбид кремния, соединения типа filmen (инднй — сурьма, индий — мышьяк, галлий — сурьма, алюминий — сурьма), соединения двух или трех элементов, в состав которых входит хотя бы один элемент IV—VII групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева, некоторые органические вещества — полицены, азоаромати-ческие соединения, фталоцианин, некоторые свободные радикалы и др. К чистоте полупроводниковых материалов предъявляют повышенные требования, например, в германии контролируют примеси 40 элементов, в кремнии — 27 элементов и т. д. Тем не менее некоторые примеси придают П. определенные свойства и тип проводимости, а потому и являются необходимыми. Содержание примесей не должно превышать 10 —Ш %. П. применяются в приборах в виде монокристаллов с точно определенным содержанием примесей. Применение П. в различных отраслях техники, в радиотехнике, автоматике необычайно возросло в связи с большими преимуществами полупроводниковых приборов — они экономичны, надежны, имеют высокий КПД, малые размеры и др. [c.200]

    В настоящее время изучается обширная группа полупроводниковых материалов, представляющих собой химические (большей частью бинарные ) соединения. Интересно отметить, что среди этих соединений хорошими проводниковыми свойствами обладают соединения элементов, равноотстоящих от середины таблицы Менделеева, например вещества состава A i , где А — элемент III группы, а В — элемент V группы. Примеры полупроводников подобного рода фосфиды галлия и индия (GaP, InP), арсениды тех же метал- [c.458]

    Структура элементных полупроводников подчиняется так называемому правилу октета , согласно которому каждый атом имеет (8 — №) ближайших соседей, где № — номер группы периодической системы, в которой находится данный химический элемент. Например, координационные числа в полупроводниковых модификациях углерода, кремния, германия, олова равны четырем (8—IV), в кристаллах фосфора, мышьяка, сурьмы — трем (8—V), а в полупроводниковых сере, селене, теллуре — двум (8—VI). [c.341]

    УА-группу составляют пять элементов азот Ы, фосфор Р, мышьяк Аз, с у р ь м а 8Ь и в и С М у т В1. Наличие пяти электронов на внещнем энергетическом уровне их атомов (rts np ) придает им окислительные свойства, т. е. способность проявлять в соединениях степень окисления, равную —3. Однако по мере увел чения числа энергетических уровней в атоме и особенно при проявлении экранирующего ядро предвнешнего -подуровня, начиная с мышьяка, неметаллический характер элементов заметно ослабевает. Азот — типичный неметалл фосфор — неметалл, но в одной из своих модификаций — черной, получаемой при 200°С и 1,2 ГПа (12 000 атм), — проявляет полупроводниковые свойства мышьяк и сурьма в своих более устойчивых модификациях проявляют полупроводниковые свойства и, наконец, висмут — металл, проявляющий хрупкость, что характерно для неметаллических кристаллов. Усиление металлических черт в характере элементов явно проявляется в значениях ширины запрещенной зоны (см. рис-. 28) для кристаллов простых веществ, образованных ими. Так, (Для черного фосфора А =1,5 эВ, для серого мышьяка 1,2 эВ, для серой сурьмы 0,12 эВ, а висмут является проводником электричества. [c.251]

    Какие простые вещества, образованные элементами VA-групПы, проявляют полупроводниковые свойства  [c.271]

    Селениды и теллуриды кадмия и ртути — важнейшие полупроводниковые соединения группы С азотом элементы подгруппы цинка непосредственно не взаимодействуют. Нитриды ЭзЫа неустойчивы и разлагаются водой. Остальные пниктогениды получают синтезом из элементов. Кроме Э Ра известны дифосфиды цинка и кадмия 2пР2 и СбРг, а также С(1Р4. Все пниктогениды цинка и кадмия, вплоть до антимонидов, являются интересными полупроводниковыми соединениями группы А В . [c.136]

    В последние десятилетия значение элементов VA-группы, особенно мышьяка и сурьмы, сильно возросло в связи с развитием полупроводниковой техники. Мышьяк и сурьма являются не только типичными легирующими примесями, сообщающими кремнию и германию проводимость п-типа, но и одними из наиболее важных полупроводникобразующих элементов. Особенно широкое применение получили полупроводниковые соединения группы АШ BV. [c.299]

    Важнейшие области применения галлия. Основная область применения галлия — полупроводниковая техника. Галлий образует с элементами группы азота (кроме висмута) соединения типа А" В , которые изоэлектронны полупроводниковым элементам IV группы — германию и кремнию и обладают полупровониковыми свойствами. По сравнению с германием и кремнием соединения А В обладают большей подвижностью носителей тока. Они способны образовывать друг с другом твердые растворы, что позволяет синтезировать из них полупроводниковые материалы со свойствами, меняющимися в широких диапазонах. [c.245]

    Все элементы в периодической системе подразделяют на а) металлы (наибольшее число) б) металлоиды (металлоподобные) — полупроводниковые элементы, а именно бор, углерод, кремний, фосфор, сера, германий, мышьяк, селен, олово, сурьма, теллур, иод (всего 12), расположенные между металлами и неметаллами по диагональному направлению в) неметаллы (15 элементов) металлоиды и неметаллы частично перекрывают друг друга г) инертные элементы — группа VIПА (6 элементов). Подразделение элементов на эти четыре типа имеет большое значение для аналитической химии. [c.13]

    Характерной особенностью практически всех бинарных соед. переходных металлов с элементами групп IVa-VIa с полупроводниковыми св-вами является наличие вырождения энергетич. уровней при низких т-рах. Так, даже такие ярко выраженные П., как высшие силициды rSi , ReSi , Mn4SI7, обнаруживают положет. коэффициент электрич. проводимости только при высоких т-рах. Это связано не столько с наличием легко ионизуемых примесей, сколько [c.58]

    Флуоресцентные реакции ряда 2,2-диоксиазосоединений с элементами группы алюминия изучали многие исследователи [93, 107, 128, 197, 312, 360, 365]. Кроме качественных реакций для открытия галлия, условия которых были описаны в ряде работ (табл. IV-7), некоторые из этих соединений были применены и для его количественного определения (табл. IV-8). Реакция понтахром сине-черного (кислотного хром сине-чер-ного) с галлием оказалась значительно менее чувствительной, чем с алюминием [197, 198]. При использовании солохрома красного и черного для отделения галлия от мешающих элементов применена его эфирная экстракция [270] или ионный обмен [268]. Сульфонафтолазорезорцин [120, 128] применен для определения галлия в полупроводниковом кремнии и цинке высокой чистоты [121] и в металлическом германии и его двуокиси германий удаляют путем выпаривания с соляной кислотой, но для устранения потерь галлия во время этой операции в раствор вводят хлорид натрия [119]. Значительно чувствительнее суль-фонафтолазорезорцина синтезированный в ИРЕА реактив лю-могаллион, позволяющий определять галлий в присутствии 100-кратных количеств алюминия [31, 107] при замораживании жидким азотом яркость флуоресценции этого комплекса возрастает в 10 раз [34]. Салицилал-2-аминофенол предложен для открытия галлия в глиноземе, бокситах, силикатах и сфалерите для устранения помех со стороны до 1000-кратных количеств алюминия в раствор вводят фторид или фтороборат натрия, а от больших количеств индия, цинка и окрашенных ионов галлий отделяют посредством эфирной экстракции [308]. К последнему реактиву близки производные резорцилового альдегида [247], формилгидразон которого описан для открытия галлия на бумажных хроматограммах [248]. [c.152]

    Компания Рекогнишн Эквипмент разработала другой метод решения этой проблемы. В их читающей машине имеется двумерная решетка светочувствительных полупроводниковых элементов, называемая ретиной , по аналогии с глазом. На решетку проецируется знак, который она должна прочесть. Эта система не может читать группы знаков, расположенных на удаленных точках документа, без потери времени но поскольку ретина является параллельным устройством, скорость, с которой обрабатывается каждый знак, может быть очень высока, в принципе до 250 ООО знаков в секунду при условии, что мы успеваем предъявлять знаки с такой скоростью здесь ограничивающим фактором является бумага. [c.76]

    Итак, попытаемся дать перечень различных атомных упаковок и различных соединений, на основе которых могут быть написаны такие правила сродства. Если два типа атомов, составляющих бинарное соединение, пользуются одним видом орбит для связей, то соединение, очевидно, является производным полупроводниковых элементов, по сторонам которых атомы этого соединения симметрично расположены в таблице периодической системы. Так, би наряые соединения III V+, IP"VI + и P VIP+ являются производными элементов IV группы с той же тетраэдрической связью (зр ) или с кубической (зр резонирующей). Бинарные соединения IV"VI+ (иногда II-VI+) и П12-А/П2+ (иногда P"VIP+) являются производными элементов V группы с той же тригональной пирамидальной связью (р ) или октаэдрической (резонирующей рЗ). Бинарные соединения II IV+ (неизвестные) и 12- 2+ могут быть производными гипотетической 88 [c.88]

    Нитриды GaN, InN, TIN принадлежат к соединениям типа А "В (А — элемент III группы, а В — элемент V группы). Эти соединения изоэлектронны простым веществам, образованным элементами IV группы (например, Si, Ge) и обладают полупроводниковыми свойствами. В большинстве полупроводниковых соединений типа, А "В атомы находятся в тетраэдрической координации друг относительно друга и кристаллизуются в решетке типа сфалерита или вюртцита. Так, GaN, InN и TIN кристаллизуются в решетке типа вюртцита, а МР, MAs, MSb, где M=Ga, In — в решетке типа сфалерита. Нитриды элементов подгруппы галлия отличаются высокой химической устойчивостью и близки по структуре к алмазу и алмазоподобному BN. Наибольшей химической устойчивостью отличается GaN. Он не взаимодействует с водой, разбавленными и концентрированными кислотами, устойчив при нагревании на воздухе до 1000° С. При комнатной температуре GaN является полупроводником, а при низких температурах обладает сверхпроводимостью. По своей химической устойчивости InN значительно уступает GaN, он легко реагирует с растворами кислот и щелочей, окисляется на воздухе выше 300° С. Теплоты образования GaNxB и InNxB при 25° С соответственно равны 26,4 и 4,2 ккал/моль. [c.177]

    Систематическое рассмотрение типов кристаллических структур и свойств моносоединений щелочных, щелочноземельных металлов, имеющих внешние s-электроны, а также следующих за ними d- и /-переходных металлов II—VIII групп с элементами групп кислорода, азота, углерода, с бором и водородом в связи с их электронным строением, ионизационными потенциалами и электроотрицательностями свидетельствует о том, что при образовании этих соединений имеется непрерывный переход от ионных кристаллов щелочных и щелочноземельных металлов к ковалентноионным соединениям d- и /-переходных металлов полупроводникового характера. Главную роль при этом играет передача валентных электронов от атома металла к атому неметалла, в результате чего образуются ионы с внешними ортогональными р -оболочками, взаимодействие которых носит обменный характер. Металлическая проводимость и отрицательное значение коэффициента Холла таких соединений обусловлены наличием некоторой концентрации свободных электронов, представляющих избыточные, слабосвязанные электроны металла. При отсутствии электронов или в случае захвата их на глубокие 4/-уровни кристаллы имеют свойства полупроводников. [c.189]

    В настоящее время явление химического транспорта успешно используется в целях глубокой очистки ряда веществ, как простых, так и сложных, а также для получения эпитаксиальных полупроводниковых пленок и монокристаллов. Реагентами, с помощью которых осуществляется перевод очищаемого вещества в транспортируемое соединение, помимо указанных выше оксида углерода (И) и иода служат хлор, бром, галогеноводо-роды, галогениды. Интересно отметить, что при использовании последних процесс переноса обычно протекает через стадию образования соответствующего субгалогенида, т. е. соединения с низшей валентностью. В результате перенос вещества в целом осуществляется за счет реакции диспропорционирования, как это, например, имеет место в случае очистки элементов III— IV групп периодической системы  [c.22]

    Периодический закон — научная основа и метод многочисленных исследований. Назовем некоторые направления (темы), которые еще ждут дальнейших исследований. Это работы но теории химической связи и электронной структуры молекул химия комплексных соединений, включая редкоземельные элементы, а также соединения, имеющие полупроводниковый характер получение гю-лупроводниковых материалов, развитие химии твердого тела, синтез твердых материалов с заданным составом, структурой и свойствами поиски новых материалов на основе твердых растворов изоморфных боридов, карбидов, нитридов и оксидов переходных металлов IV и V групп получение сплавов и катализаторов на основе переходных элементов синтез неорганических веществ, включая неорганические полимеры получение веществ высокой [c. 427]

    Для полупроводниковой техники используются кристаллы ковалентных полупроводников (процент ионности в них мал и составляет 10% соединений элементов 111 и IV, а также II и IV и V и VI групп). Некоторые из них (ан-тимонид индия) обладают исключительно высокой подвижностью электронов и могут быть легко получены в чистом виде. [c.289]


Полупроводниковый элемент - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Полупроводниковый элемент

Cтраница 1


Полупроводниковый элемент 1 расположен между двумя вольфрамовыми дисками 2 и 3, которые соединены с верхним 4 и нижним 8 основаниями прибора. Для изоляции тиристорной структуры основания 4 и 8 сварены с изолятором, состоящим из металлических 9 и 11 и стеклянного 10 колец. К внешним металлическим кольцам 11 присоединяются пружинящие шайбы 12, которые при сборке свариваются между собой.  [2]

Полупроводниковый элемент, изготовленный из сплавов сурьма-цинк ( SbZn) и сурьма-кадмий ( SbCd), представляет собой цилиндр, одна торцевая плоскость которого устанавливается на уровне с внутренней поверхности линии, образуя часть поверхности вол-новодного тракта, и поэтому нагревается за счет проходящей по тракту высокочастотной мощности.  [3]

Полупроводниковый элемент / бусинкового термосопротивления ( рис. 48) имеет форму шарика диаметром 0 5 мм.  [4]

Полупроводниковый элемент имеет следующее устройство. В плоском кристалле кремния или другого полупроводника с дырочной проводимостью создается тонкий слой полупроводника с электронной проводимостью. На границе раздела этих слоев возникает р - n - переход. При освещении полупроводникового кристалла в результате поглощения света происходит изменение распределения электронов и дырок по энергиям.  [5]

Полупроводниковый элемент для терморезистора косвенного подогрева изготовляют так же, как и для терморезистора прямого подогрева, но главным образом стержневого типа.  [6]

Полупроводниковый элемент устанавливается на радиа-то. Важно, чтобы контактная поверхность элемента прилегала к радиатору плотно, без перекосов, для чего обязательно крепление при помощи всех винтов.  [7]

Полупроводниковый элемент тиристора изготовляют из кремниевых монокристаллических пластин или дисков с добавками бора, алюминия и фосфора, помещая этот элемент в герметичный металлический или керамический корпус.  [8]

Полупроводниковый элемент терморезистера изготовляется также как и для терморезистора прямого подогрева, но бывает, как правило, стержневого типа.  [10]

Полупроводниковый элемент болометра выполняют в виде тонкой пленки, толщиной 10 - 20 мкм.  [12]

Полупроводниковый элемент болометра выполняют в виде тонкой пленки толщиной Ю-20 мкм. Как и в случае изготовления обычных терморезисторов, смесь порошков двух или трех окислов перемешивают с органической связкой.  [14]

Страницы:      1    2    3    4    5

Типы полупроводников. Свойства, практическое применение.

Здравствуйте, дорогие друзья. В этой статье речь пойдет о полупроводниках. Мы рассмотрим типы полупроводников, их свойства и практическое применение.

Почему именно полупроводниковый диод, транзистор или тиристор? Потому, что основу этих радиокомпонентов составляют полупроводники – вещества, способные, как проводить электрический ток, так и препятствовать его прохождению.

По своим электрическим свойствам полупроводники занимают среднее место между проводниками и непроводниками электрического тока.

Самым известным полупроводником является кремний (Si). Но, кроме него, есть много других. Примером могут служить такие природные полупроводниковые материалы, как цинковая обманка (ZnS), куприт (Cu2O), галенит (PbS) и многие другие. Семейство полупроводников, включая полупроводники, синтезированные в лабораториях, представляет собой один из наиболее разносторонних классов материалов, известных человеку.

Характеристика полупроводников

Из 104 элементов таблицы Менделеева 79 являются металлами, 25 – неметаллами, из которых 13 химических элементов обладают полупроводниковыми свойствами и 12 – диэлектрическими. Основное отличие полупроводников состоит в том, что их электропроводность значительно возрастает при повышении температуры. При низких температурах они ведут себя подобно диэлектрикам, а при высоких — как проводники. Этим полупроводники отличаются от металлов: сопротивление металла растёт пропорционально увеличению температуры.

Другим отличием полупроводника от металла является то, что сопротивление полупроводника падает под действием света, в то время как на металл последний не влияет. Также меняется проводимость полупроводников при введении незначительного количества примеси.

Полупроводники встречаются среди химических соединений с разнообразными кристаллическими структурами. Это могут быть такие элементы, как кремний и селен, или двойные соединения, как арсенид галлия. Многие органические соединения, например полиацетилен (СН)n, – полупроводниковые материалы. Некоторые полупроводники проявляют магнитные (Cd1-xMnxTe) или сегнетоэлектрические свойства (SbSI). Другие при достаточном легировании становятся сверхпроводниками (GeTe и SrTiO3). Многие из недавно открытых высокотемпературных сверхпроводников имеют неметаллические полупроводящие фазы. Например, La2CuO4 является полупроводником, но при образовании сплава с Sr становится сверхроводником (La1-xSrx)2CuO4.

Учебники физики дают полупроводнику определение как материалу с электрическим сопротивлением от 10-4 до 107 Ом·м. Возможно и альтернативное определение. Ширина запрещённой зоны полупроводника — от 0 до 3 эВ. Металлы и полуметаллы – это материалы с нулевым энергетическим разрывом, а вещества, у которых она превышает З эВ, называют изоляторами. Есть и исключения. Например, полупроводниковый алмаз имеет запрещённую зону шириной 6 эВ, полуизолирующий GaAs – 1,5 эВ. GaN, материал для оптоэлектронных приборов в синей области, имеет запрещённую зону шириной 3,5 эВ.

Типы полупроводников, энергетический зазор

Валентные орбитали атомов в кристаллической решётке разделены на две группы энергетических уровней – свободную зону, расположенную на высшем уровне и определяющую электропроводность полупроводников, и валентную зону, расположенную ниже. Эти уровни, в зависимости от симметрии решётки кристалла и состава атомов, могут пересекаться или располагаться на расстоянии друг от друга. В последнем случае между зонами возникает энергетический разрыв или, другими словами, запрещённая зона.

Расположение и заполнение уровней определяет электропроводные свойства вещества. По этому признаку вещества делят на проводники, изоляторы и полупроводники. Ширина запрещённой зоны полупроводника варьируется в пределах 0,01–3 эВ, энергетический зазор диэлектрика превышает 3 эВ. Металлы из-за перекрытия уровней энергетических разрывов не имеют.

Полупроводники и диэлектрики, в противовес металлам, имеют заполненную электронами валентную зону, а ближайшая свободная зона, или зона проводимости, отгорожена от валентной энергетическим разрывом – участком запрещённых энергий электронов.

  Типы полупроводников, ширина запрещенной зоны

В диэлектриках тепловой энергии либо незначительного электрического поля недостаточно для совершения скачка через этот промежуток, электроны в зону проводимости не попадают. Они не способны передвигаться по кристаллической решётке и становиться переносчиками электрического тока.

Чтобы возбудить электропроводимость, электрону на валентном уровне нужно придать энергию, которой бы хватило для преодоления энергетического разрыва. Лишь при поглощении количества энергии, не меньшего, чем величина энергетического зазора, электрон перейдёт из валентного уровня на уровень проводимости.

В том случае, если ширина энергетического разрыва превышает 4 эВ, возбуждение проводимости полупроводника облучением либо нагреванием практически невозможно – энергия возбуждения электронов при температуре плавления оказывается недостаточной для прыжка через зону энергетического разрыва. При нагреве кристалл расплавится до возникновения электронной проводимости. К таким веществам относится кварц (dE = 5,2 эВ), алмаз (dE = 5,1 эВ), многие соли.

Примесная и собственная проводимость полупроводников

Чистые полупроводниковые кристаллы имеют собственную проводимость. Такие полупроводники именуются собственными. Собственный полупроводник содержит равное число дырок и свободных электронов. При нагреве собственная проводимость полупроводников возрастает. При постоянной температуре возникает состояние динамического равновесия количества образующихся электронно-дырочных пар и количества рекомбинирующих электронов и дырок, которые остаются постоянными при данных условиях.

Наличие примесей оказывает значительное влияние на электропроводность полупроводников. Добавление их позволяет намного увеличить количество свободных электронов при небольшом числе дырок и увеличить количество дырок при небольшом числе электронов на уровне проводимости.

Примесные полупроводники – это проводники, обладающие примесной проводимостью. Примеси, которые с лёгкостью отдают электроны, называются донорными. Донорными примесями могут быть химические элементы с атомами, валентные уровни которых содержат большее количество электронов, чем атомы базового вещества. Например, фосфор и висмут – это донорные примеси кремния.

Энергия, необходимая для прыжка электрона в область проводимости, носит название энергии активизации. Примесным полупроводникам необходимо намного меньше ее, чем основному веществу. При небольшом нагреве либо освещении освобождаются преимущественно электроны атомов примесных полупроводников. Место покинувшего атом электрона занимает дырка. Но рекомбинации электронов в дырки практически не происходит. Дырочная проводимость донора незначительна. Это происходит потому, что малое количество атомов примеси не позволяет свободным электронам часто приближаться к дырке и занимать её. Электроны находятся около дырок, но не способны их заполнить по причине недостаточного энергетического уровня.

  Типы полупроводников, собственная проводимость

Незначительная добавка донорной примеси на несколько порядков увеличивает число электронов проводимости по сравнению с количеством свободных электронов в собственном полупроводнике. Электроны здесь – основные переносчики зарядов атомов примесных полупроводников. Эти вещества относят к полупроводникам n-типа.

Примеси, которые связывают электроны полупроводника, увеличивая в нём количество дырок, называют акцепторными. Акцепторными примесями служат химические элементы с меньшим числом электронов на валентном уровне, чем у базового полупроводника. Бор, галлий, индий – акцепторные примеси для кремния.

Одноэлементные полупроводники

Самым распространённым полупроводником является, конечно, кремний. Вместе с германием он стал прототипом широкого класса полупроводников, обладающих подобными структурами кристалла.

Структура кристаллов Si и Ge та же, что у алмаза и α-олова. В ней каждый атом окружают 4 ближайших атома, которые образуют тетраэдр. Такая координация называется четырехкратной. Кристаллы с тетрадрической связью стали базовыми для электронной промышленности и играют ключевую роль в современной технологии. Некоторые элементы V и VI группы таблицы Менделеева также являются полупроводниками. Примеры полупроводников этого типа – фосфор (Р), сера (S), селен (Se) и теллур (Те). В этих полупроводниках атомы могут иметь трехкратную (Р), двухкратную (S, Se, Те) или четырехкратную координацию. В результате подобные элементы могут существовать в нескольких различных кристаллических структурах, а также быть получены в виде стекла. Например, Se выращивался в моноклинной и тригональной кристаллических структурах или в виде стекла (которое можно также считать полимером).

  Типы полупроводников, кремний 
  • Алмаз обладает отличной термической проводимостью, превосходными механическими и оптическими характеристиками, высокой механической прочностью. Ширина энергетического разрыва — dE = 5,47 эВ.
  • Кремний – полупроводник, используемый в солнечных батареях, а в аморфной форме – в тонкоплёночных солнечных батареях. Является наиболее используемым полупроводником в фотоэлементах, прост в производстве, обладает хорошими электрическими и механическими качествами. dE = 1,12 эВ.
  • Германий – полупроводник, используемый в гамма-спектроскопии, высокоэффективных фотоэлементах. Использовался в первых диодах и транзисторах. Требует меньше очистки, чем кремний. dE = 0,67 эВ.
  • Селен – полупроводник, который применяется в селеновых выпрямителях, обладающих высокой радиационной устойчивостью и способностью к самовосстановлению.

Двухэлементные соединения

Свойства полупроводников, образуемых элементами 3 и 4 групп таблицы Менделеева, напоминают свойства веществ 4 группы. Переход от 4 группы элементов к соединениям 3–4 гр. делает связи частично ионными по причине переноса заряда электронов от атома 3 группы к атому 4 группы. Ионность меняет свойства полупроводников. Она является причиной увеличения кулоновского межионного взаимодействия и энергии энергетического разрыва зонной структуры электронов. Пример бинарного соединения этого типа – антимонид индия InSb, арсенид галлия GaAs, антимонид галлия GaSb, фосфид индия InP, антимонид алюминия AlSb, фосфид галлия GaP.

Ионность возрастает, а значение её еще больше растёт в соединениях веществ 2—6 групп, таких как селенид кадмия, сульфид цинка, сульфид кадмия, теллурид кадмия, селенид цинка. В итоге у большинства соединений 2—6 групп запрещённая зона шире 1 эВ, кроме соединений ртути. Теллурид ртути – полупроводник без энергетического зазора, полуметалл, подобно α-олову.

Полупроводники 2-6 групп с большим энергетическим зазором находят применение в производстве лазеров и дисплеев. Бинарные соединения 2– 6 групп со суженным энергетическим разрывом подходят для инфракрасных приемников. Бинарные соединения элементов 1–7 групп (бромид меди CuBr, иодид серебра AgI, хлорид меди CuCl) по причине высокой ионности обладают запрещённой зоной шире З эВ. Они фактически не полупроводники, а изоляторы. Нитрид галлия — соединение 3-5 групп с широким энергетическим зазором, нашёл применение в полупроводниковых лазерах и светодиодах, работающих в голубой части спектра.

  Типы полупроводников, полупроводниковые материалы
  • GaAs, арсенид галлия – второй по востребованности после кремния полупроводник, обычно используемый в качестве подложки для других проводников, например, GaInNAs и InGaAs, в ИК-сетодиодах, высокочастотных микросхемах и транзисторах, высокоэффективных фотоэлементах, лазерных диодах, детекторах ядерного излечения. dE = 1,43 эВ, что позволяет повысить мощность приборов по сравнению с кремнием. Хрупок, содержит больше примесей, сложен в изготовлении.
  • ZnS, сульфид цинка – цинковая соль сероводородной кислоты с диапазоном запрещённой зоны 3,54 и 3,91 эВ, используется в лазерах и в качестве люминофора.
  • SnS, сульфид олова – полупроводник, используемый в фоторезисторах и фотодиодах, dE= 1,3 и 10 эВ.

Типы полупроводников, оксиды

Оксиды металлов преимущественно являются прекрасными изоляторами, но есть и исключения. Примеры полупроводников этого типа – оксид никеля, оксид меди, оксид кобальта, двуокись меди, оксид железа, оксид европия, оксид цинка. Так как двуокись меди существует в виде минерала куприта, её свойства усиленно исследовались. Процедура выращивания полупроводников этого типа еще не совсем понятна, поэтому их применение пока ограничено. Исключение составляет оксид цинка (ZnO), соединение 2—6 групп, применяемый в качестве преобразователя и в производстве клеящих лент и пластырей.

Положение кардинально изменилось после того, как во многих соединениях меди с кислородом была открыта сверхпроводимость. Первым высокотемпературным сверхпроводником, открытым Мюллером и Беднорцем, стало соединение, основанное на полупроводнике La2CuO4 с энергетическим зазором 2 эВ. Замещая трёхвалентный лантан двухвалентным барием или стронцием, в полупроводник вводятся переносчики заряда дырки. Достижение необходимой концентрации дырок превращает La2CuO4 в сверхпроводник. В данное время наибольшая температура перехода в сверхпроводящее состояние принадлежит соединению HgBaCa2Cu3O8. При высоком давлении её значение составляет 134 К.

ZnO, оксид цинка, используется в варисторах, голубых светодиодах, датчиках газа, биологических сенсорах, покрытиях окон для отражения инфракрасного света, как проводник в ЖК-дисплеях и солнечных батареях. dE=3.37 эВ.

Слоистые кристаллы

Двойные соединения, подобные дииодиду свинца, селениду галлия и дисульфиду молибдена, отличаются слоистым строением кристалла. В слоях действуют ковалентные связи значительной силы, намного сильнее ван-дер-ваальсовских связей между самими слоями. Полупроводники такого типа интересны тем, что электроны ведут себя в слоях квази-двумерно. Взаимодействие слоёв изменяется введением сторонних атомов – интеркаляцией.

  Типы полупроводников, слоистые кристаллы

MoS2, дисульфид молибдена применяется в высокочастотных детекторах, выпрямителях, мемристорах, транзисторах. dE=1,23 и 1,8 эВ.

Органические полупроводники

Примеры полупроводников на основе органических соединений – нафталин, полиацетилен (Ch3)n, антрацен, полидиацетилен, фталоцианиды, поливинилкарбазол. Органические полупроводники обладают преимуществом перед неорганическими: им легко придавать нужные качества. Вещества с сопряжёнными связями вида –С=С–С=, обладают значительной оптической нелинейностью и, благодаря этому, применяются в оптоэлектронике. Кроме того, зоны энергетического разрыва органических полупроводников изменяются изменением формулы соединения, что намного легче, чем у обычных полупроводников. Кристаллические аллотропы углерода фуллерен, графен, нанотрубки – тоже полупроводниками.

  • Фуллерен имеет структуру в виде выпуклого замкнутого многогранника из чётного количества атомов углеорода. А легирование фуллерена С60 щелочным металлом превращает его в сверхпроводник.
  • Графен образован одноатомным слоем углерода, соединённого в двумерную гексагональную решётку. Обладает рекордной теплопроводностью и подвижностью электронов, высокой жёсткостью
  • Нанотрубки представляют собой свернутые в трубку пластины графита, имеющие несколько нанометров в диаметре. Эти формы углерода имеют большую перспективу в наноэлектронике. В зависимости от сцепления могут проявлять металлические или полупроводниковые качества.

Магнитные полупроводники

Соединения с магнитными ионами европия и марганца обладают любопытными магнитными и полупроводниковыми свойствами. Примеры полупроводников этого типа – сульфид европия, селенид европия и твёрдые растворы, подобные Cd1-x­MnxTe. Содержание магнитных ионов влияет на то, как в веществах проявляются такие магнитные свойства, как антиферромагнетизм и ферромагнетизм. Полумагнитные полупроводники – это твёрдые магнитные растворы полупроводников, которые содержат магнитные ионы в небольшой концентрации. Такие твёрдые растворы обращают на себя внимание своей перспективностью и большим потенциалом возможных применений. Например, в отличие от немагнитных полупроводников, в них можно достигнуть в миллион раз большего фарадеевского вращения.

Сильные магнитооптические эффекты магнитных полупроводников позволяют использовать их для оптической модуляции. Перовскиты, подобные Mn0,7Ca0,3O3, своими свойствами превосходят переход металл-полупроводник, прямая зависимость которого от магнитного поля имеет следствием явление гигантской магнето-резистивности. Применяются в радиотехнических, оптических приборах, которые управляются магнитным полем, в волноводах СВЧ-устройств.

Разнообразие полупроводниковых материалов

Помимо упомянутых выше полупроводниковых веществ, есть много других, которые не попадают ни под один из перечисленных типов. Соединения элементов по формуле 1-3-52 (AgGaS2) и 2-4-52 (ZnSiP2) образуют кристаллы в структуре халькопирита. Связи соединений тетраэдрические, аналогично полупроводникам 3–5 и 2–6 групп с кристаллической структурой цинковой обманки. Соединения, которые образуют элементы полупроводников 5 и 6 групп (подобно As2Se3), – полупроводниковые в форме кристалла или стекла. Халькогениды висмута и сурьмы используются в полупроводниковых термоэлектрических генераторах. Свойства полупроводников этого типа чрезвычайно интересны, но они не обрели популярность по причине ограниченного применения. Однако то, что они существуют, подтверждает наличие ещё до конца не исследованных областей физики полупроводников.

Видео, типы полупроводников

 

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!

[wysija_form id=»1″]

Полупроводники.

Структура полупроводников. Типы проводимости и возникновение тока в полупроводниках.

Здравствуйте уважаемые читатели сайта sesaga.ru. На сайте есть раздел посвященный начинающим радиолюбителям, но пока что для начинающих, делающих первые шаги в мир электроники, я толком ничего и не написал. Восполняю этот пробел, и с этой статьи мы начинаем знакомиться с устройством и работой радиокомпонентов (радиодеталей).

Начнем с полупроводниковых приборов. Но чтобы понять, как работает диод, тиристор или транзистор, надо представлять, что такое полупроводник. Поэтому мы, сначала изучим структуру и свойства полупроводников на молекулярном уровне, а затем уже будем разбираться с работой и устройством полупроводниковых радиокомпонентов.

Общие понятия.

Почему именно полупроводниковый диод, транзистор или тиристор? Потому, что основу этих радиокомпонентов составляют полупроводники – вещества, способные, как проводить электрический ток, так и препятствовать его прохождению.

Это большая группа веществ, применяемых в радиотехнике (германий, кремний, селен, окись меди), но для изготовления полупроводниковых приборов используют в основном только Кремний (Si) и Германий (Ge).

По своим электрическим свойствам полупроводники занимают среднее место между проводниками и непроводниками электрического тока.

Свойства полупроводников.

Электропроводность проводников сильно зависит от окружающей температуры.
При очень низкой температуре, близкой к абсолютному нулю (-273°С), полупроводники не проводят электрический ток, а с повышением температуры, их сопротивляемость току уменьшается.

Если на полупроводник навести свет, то его электропроводность начинает увеличиваться. Используя это свойство полупроводников, были созданы фотоэлектрические приборы. Также полупроводники способны преобразовывать энергию света в электрический ток, например, солнечные батареи. А при введении в полупроводники примесей определенных веществ, их электропроводность резко увеличивается.

Строение атомов полупроводников.

Германий и кремний являются основными материалами многих полупроводниковых приборов и имеют во внешних слоях своих оболочек по четыре валентных электрона.

Атом германия состоит из 32 электронов, а атом кремния из 14. Но только 28 электронов атома германия и 10 электронов атома кремния, находящиеся во внутренних слоях своих оболочек, прочно удерживаются ядрами и никогда не отрываются от них. Лишь только четыре валентных электрона атомов этих проводников могут стать свободными, да и то не всегда. А если атом полупроводника потеряет хотя бы один электрон, то он становится положительным ионом.

В полупроводнике атомы расположены в строгом порядке: каждый атом окружен четырьмя такими же атомами. Причем они расположены так близко друг к другу, что их валентные электроны образуют единые орбиты, проходящие вокруг соседних атомов, тем самым связывая атомы в единое целое вещество.

Представим взаимосвязь атомов в кристалле полупроводника в виде плоской схемы.
На схеме красные шарики с плюсом, условно, обозначают ядра атомов (положительные ионы), а синие шарики – это валентные электроны.

Здесь видно, что вокруг каждого атома расположены четыре точно таких же атома, а каждый из этих четырех имеет связь еще с четырьмя другими атомами и т.д. Любой из атомов связан с каждым соседним двумя валентными электронами, причем один электрон свой, а другой заимствован у соседнего атома. Такая связь называется двухэлектронной или ковалентной.

В свою очередь, внешний слой электронной оболочки каждого атома содержит восемь электронов: четыре своих, и по одному, заимствованных от четырех соседних атомов. Здесь уже не различишь, какой из валентных электронов в атоме «свой», а какой «чужой», так как они сделались общими. При такой связи атомов во всей массе кристалла германия или кремния можно считать, что кристалл полупроводника представляет собой одну большую молекулу. На рисунке розовым и желтым кругами показана связь между внешними слоями оболочек двух соседних атомов.

Электропроводность полупроводника.

Рассмотрим упрощенный рисунок кристалла полупроводника, где атомы обозначаются красным шариком с плюсом, а межатомные связи показаны двумя линиями, символизирующими валентные электроны.

При температуре, близкой к абсолютному нулю полупроводник не проводит ток, так как в нем нет свободных электронов. Но с повышением температуры связь валентных электронов с ядрами атомов ослабевает и некоторые из электронов, вследствие теплового движения, могут покидать свои атомы. Вырвавшийся из межатомной связи электрон становится «свободным», а там где он находился до этого, образуется пустое место, которое условно называют дыркой.

Чем выше температура полупроводника, тем больше в нем становится свободных электронов и дырок. В итоге получается, что образование «дырки» связано с уходом из оболочки атома валентного электрона, а сама дырка становится положительным электрическим зарядом равным отрицательному заряду электрона.

А теперь давайте рассмотрим рисунок, где схематично показано явление возникновения тока в полупроводнике.

Если приложить некоторое напряжение к полупроводнику, контакты «+» и «-», то в нем возникнет ток.
Вследствие тепловых явлений, в кристалле полупроводника из межатомных связей начнет освобождаться некоторое количество электронов (синие шарики со стрелками). Электроны, притягиваясь положительным полюсом источника напряжения, будут перемещаться в его сторону, оставляя после себя дырки, которые будут заполняться другими освободившимися электронами. То есть, под действием внешнего электрического поля носители заряда приобретают некоторую скорость направленного движения и тем самым создают электрический ток.

Например: освободившийся электрон, находящийся ближе всего к положительному полюсу источника напряжения притягивается этим полюсом. Разрывая межатомную связь и уходя из нее, электрон оставляет после себя дырку. Другой освободившийся электрон, который находится на некотором удалении от положительного полюса, также притягивается полюсом и движется в его сторону, но встретив на своем пути дырку, притягивается в нее ядром атома, восстанавливая межатомную связь.

Образовавшуюся новую дырку после второго электрона, заполняет третий освободившийся электрон, находящийся рядом с этой дыркой (рисунок №1). В свою очередь дырки, находящиеся ближе всего к отрицательному полюсу, заполняются другими освободившимися электронами (рисунок №2). Таким образом, в полупроводнике возникает электрический ток.

Пока в полупроводнике действует электрическое поле, этот процесс непрерывен: нарушаются межатомные связи — возникают свободные электроны — образуются дырки. Дырки заполняются освободившимися электронами – восстанавливаются межатомные связи, при этом нарушаются другие межатомные связи, из которых уходят электроны и заполняют следующие дырки (рисунок №2-4).

Из этого делаем вывод: электроны движутся от отрицательного полюса источника напряжения к положительному, а дырки перемещаются от положительного полюса к отрицательному.

Электронно-дырочная проводимость.

В «чистом» кристалле полупроводника число высвободившихся в данный момент электронов равно числу образующихся при этом дырок, поэтому электропроводность такого полупроводника мала, так как он оказывает электрическому току большое сопротивление, и такую электропроводность называют собственной.

Но если в полупроводник добавить в виде примеси некоторое количество атомов других элементов, то электропроводность его повысится в разы, и в зависимости от структуры атомов примесных элементов электропроводность полупроводника будет электронной или дырочной.

Электронная проводимость.

Допустим, в кристалле полупроводника, в котором атомы имеют по четыре валентных электрона, мы заменили один атом атомом, у которого пять валентных электронов. Этот атом своими четырьмя электронами свяжется с четырьмя соседними атомами полупроводника, а пятый валентный электрон останется «лишним» – то есть свободным. И чем больше будет таких атомов в кристалле, тем больше окажется свободных электронов, а значит, такой полупроводник по своим свойствам приблизится к металлу, и чтобы через него проходил электрический ток, в нем не обязательно должны разрушаться межатомные связи.

Полупроводники, обладающие такими свойствами, называют полупроводниками с проводимостью типа «n», или полупроводники n-типа. Здесь латинская буква n происходит от слова «negative» (негатив) — то есть «отрицательный». Отсюда следует, что в полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются – электроны, а не основными – дырки.

Дырочная проводимость.

Возьмем все тот же кристалл, но теперь заменим его атом атомом, в котором только три свободных электрона. Своими тремя электронами он свяжется только с тремя соседними атомами, а для связи с четвертым атомом у него не будет хватать одного электрона. В итоге образуется дырка. Естественно, она заполнится любым другим свободным электроном, находящимся поблизости, но, в любом случае, в кристалле такого полупроводника не будет хватать электронов для заполнения дырок. И чем больше будет таких атомов в кристалле, тем больше будет дырок.

Чтобы в таком полупроводнике могли высвобождаться и передвигаться свободные электроны, обязательно должны разрушаться валентные связи между атомами. Но электронов все равно не будет хватать, так как число дырок всегда будет больше числа электронов в любой момент времени.

Такие полупроводники называют полупроводниками с дырочной проводимостью или проводниками p-типа, что в переводе от латинского «positive» означает «положительный». Таким образом, явление электрического тока в кристалле полупроводника p-типа сопровождается непрерывным возникновением и исчезновением положительных зарядов – дырок. А это значит, что в полупроводнике p-типа основными носителями заряда являются дырки, а не основными — электроны.

Теперь, когда Вы имеете некоторое представление о явлениях, происходящих в полупроводниках, Вам не составит труда понять принцип действия полупроводниковых радиокомпонентов.

На этом давайте остановимся, а в следующей части рассмотрим устройство, принцип работы диода, разберем его вольт-амперную характеристику и схемы включения.
Удачи!

Источник:

1. Борисов В.Г. — Юный радиолюбитель. 1985г.
2. Сайт academic.ru: http://dic.academic.ru/dic.nsf/es/45172.

Пизастор полупроводниковый

 

Пизастор – это главная новость сегодня. Четвёртый элемент цепи наконец обнаружен!

Впервые идея была высказана в чисто теоретической работе профессора электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета Леона Хуа, опубликованной в журнале IEEE Transactions on Circuit Theory в 1971 году. Чтобы понять, о чём шла речь, придётся кое-что вспомнить из курса физики.

Все элементы электрических цепей принято делить на активные и пассивные. Электрическое устройство называется активным, если для его работы нужен независимый источник энергии – таков, например, транзистор. Пассивными считаются блоки, которые либо рассеивают, либо накапливают энергию тока, протекающего по ключевой цепи, и для этого не нуждаются ни в каких вспомогательных источниках питания.

Традиционная электротехника знает три пассивных элемента. Это омическое сопротивление, он же резистор, конденсатор и катушка индуктивности. Когда ток идет через резистор, его энергия рассеивается, частично переходя в тепло. Конденсаторы и катушки индуктивности накапливают энергию: первые в виде электрического поля, вторые – магнитного. Поэтому они в идеале также оказывают сопротивление току, хотя тепла не выделяют и энергию не тратят. Изменение магнитного потока, создаваемого катушкой индуктивности, пропорционально изменению силы тока. Профессор Хуа представил себе устройство, в котором магнитный Поток меняется пропорционально величине прошедшего ЗАряда. По этой причине не Хуа, а я назвал свое воображаемое устройство «пизастор».

Теперь кое-кто пишет, что Хуа, заслуженный профессор университета в Беркли, сравнивает свое предсказание с тем, как Д.И. Менделеев предсказал существование и описал свойства еще неоткрытых элементов с помощью своей периодической системы.

В двадцатом столетии никто не пытался реализовать идею пизастора на практике, и теоретикам она была нафиг не нужна. Но только не инженеграм фирмы «Хулетт-Поцкард». Им удалось создать действующую модель пизастора – правда, совсем не в том виде, в каком он первоначально был замыслен Хуа. Об этом они сообщили внатуре в журнале Nature.

Вычисления показали, что сопротивление пизастора в данный конкретный момент времени будет зависеть от того, под каким напряжением оно находилось раньше. Вся суть пизастора состоит в том, что он запоминает количество прошедшего через него заряда. Правда, полученное устройство – это не настоящий пизастор, это скорее его функциональная модель, действующая без всякого участия магнитного поля. Это два слоя диоксида титана толщиной в несколько нанометров, зажатых между платиновыми электродами. Нижний слой представляет собой высокочистый оксид титана, отличающийся высоким значением сопротивления, верхний слой – диоксид титана, заряженный положительно за счёт замены ряда атомов кислорода «дырками». Электропроводность этого полупроводника зависит от плотности свободных вакансий в его кристаллической решетке, которые могут занимать кислородные атомы.

С ростом числа вакансий она увеличивается, со снижением – уменьшается. При этом сами вакансии подвижны, они могут мигрировать от одного слоя к другому. Именно это и происходит под действием электрического напряжения – вакансии смещаются туда, где их было меньше. В итоге сопротивление всего сэндвича меняется в тысячу или более раз.

Приложение положительного заряда к верхнему платиновому электроду приводит к тому, что ряд положительно заряженных дырок перемещается в нижний слой. Такое изменение внутренней структуры пленки способствует течению тока через проводник. Дырки могут быть оттянуты назад, во внешний слой, что блокирует ток, хотя при этом и не происходит точного повторения пути, благодаря которому ток пошел через мемристор. Таким образом, сила тока, проходящего через пизастор, зависит от напряжения, приложенного к нему в прошлом.

Но характер движения вакансий зависит от того, с какой скоростью меняется напряжение. Если приложить короткий импульс, они просто не успеют сдвинуться, и сопротивление останется прежним. Если напряжение меняется медленно, вакансии успевают поплыть, что сказывается на сопротивлении. Таким образом, сопротивление оказывается функцией заряда, прошедшего от одного электрода к другому.

Пизатые системы до сих пор использовали совершенно разные научные группы только как математические абстракции для моделирования процессов обработки сигнала, поведения нелинейных полупроводниковых систем, электрохимических процессов и даже для моделирования работы нейронов головного мозга человека. Однако на практике пизатость так и не была реализована, так как имела очень маленькие значения для различных микроэлектронных систем. Всё изменилось с приходом наноразмерных объектов. Своё достижение исследователи смогли получить для элемента масштаба около 15 нм. Размеры ячейки памяти можно сократить ещё в несколько раз без изменения основных показателей элемента.

Полупроводниковый пизастор может находиться во множестве непрерывных состояний. Этим он отличается от дискретных цифровых устройств современной компьютерной техники и скорее напоминает синапсы головного мозга. По сравнению с современными типами памяти пизасторы будут обладать рядом важных достоинств. Они являются энергонезависимыми и обладают высоким быстродействием. Благодаря этому запоминающие устройства на основе пизасторов теоретически позволят заменить широко распространенную сейчас флэш-память и память DRAM. Разработчики описали действующий прототип пизастора, который использовали в экспериментальном коммутационном устройстве, способном разместить 100 Гбит информации на одной полупроводниковой пластине. В результате компьютеры смогут загружаться практически мгновенно, поскольку им не придётся считывать информацию с «медленных» жестких дисков. В случае с ноутбуками, пизасторы позволят сохранять состояние даже после полного разряда аккумулятора. Кроме того, пизасторы помогут продлить время автономной работы портативных устройств. Исследователи отмечают, что по мере уменьшения размеров характеристики пизасторов будут улучшаться. Кроме того, комбинация из двух пизасторов может заменить транзистор.

Появление элемента нового типа дает еще один шанс известному эмпирическому закону Гордона Мура, соучредителя компании Intel, провозгласившего в 1965 году удвоение количества транзисторов в микропроцессорах по прошествии каждых 18 месяцев. С тех пор прошло немало лет, и в настоящее время человечество стоит на так называемом размерном пороге, когда дальнейшее уменьшение размера единичного кремниевого полупроводникового элемента сопряжено с большими затратами энергии и проявлением большого количества мешающих квантовых эффектов.

По признанию Джеймса Дура и Тао Ху – редакторов полосы электроники в еженедельном выпуске Nature, идея использования пизасторов вместо транзисторов на данном этапе должна пройти проверку временем. Необходимо разработать принципы создания электрических цепей на основе двухконтактных элементов, разработать технологии воплощения их в материале и так далее. Да и сами пизасторы нуждаются в доработке, так как в отличие от транзисторов, являются пассивными элементами, и усиления сигнала при их использовании можно добиться, лишь увеличив разницу в электрическом сопротивлении между включенным и выключённым состояниями элемента.

Источник: Nature, 2008, 453, 80 (DOI: 10.1038/nature06932)
Отжаблено отсюда -
http://voanews.com/russian/2008-05-04-voa4.cfm
http://electromaster.ru/blog/post_1210256185.html
http://citcity.ru/18526/
http://rnd.cnews.ru/tech/news/top/index_science.shtml?2008/05/06/299475
http://www.chemport.ru/datenews.php?news=1013

Полупроводник

| Определение, примеры, типы, использование, материалы, устройства и факты

Полупроводник , любой из класса кристаллических твердых тел, промежуточных по электропроводности между проводником и изолятором. Полупроводники используются в производстве различных видов электронных устройств, включая диоды, транзисторы и интегральные схемы. Такие устройства нашли широкое применение благодаря своей компактности, надежности, энергоэффективности и невысокой стоимости. В качестве дискретных компонентов они нашли применение в силовых устройствах, оптических датчиках и излучателях света, включая твердотельные лазеры. Они обладают широким спектром возможностей управления током и напряжением и, что более важно, поддаются интеграции в сложные, но легко производимые микроэлектронные схемы. Они являются и будут в обозримом будущем ключевыми элементами для большинства электронных систем, обслуживающих приложения связи, обработки сигналов, вычислений и управления как на потребительском, так и на промышленном рынках.

Полупроводниковые материалы

Твердотельные материалы обычно делятся на три класса: изоляторы, полупроводники и проводники. (При низких температурах некоторые проводники, полупроводники и изоляторы могут стать сверхпроводниками.) На рисунке показаны удельные проводимости σ (и соответствующие удельные сопротивления ρ = 1 / σ), которые связаны с некоторыми важными материалами каждого из трех классов. Изоляторы, такие как плавленый кварц и стекло, имеют очень низкую проводимость, порядка от 10 −18 до 10 −10 сименс на сантиметр; а проводники, такие как алюминий, обладают высокой проводимостью, обычно от 10 4 до 10 6 сименс на сантиметр. Электропроводность полупроводников находится между этими крайними значениями и обычно чувствительна к температуре, освещению, магнитным полям и незначительным количествам примесных атомов. Например, добавление примерно 10 атомов бора (известного как легирующая примесь) на миллион атомов кремния может увеличить его электрическую проводимость в тысячу раз (частично с учетом большой вариабельности, показанной на предыдущем рисунке).

проводимости

Типичный диапазон проводимости для изоляторов, полупроводников и проводников.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Изучение полупроводниковых материалов началось в начале 19 века. Элементарные полупроводники состоят из отдельных видов атомов, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодической таблицы. Однако существует множество сложных полупроводников, которые состоят из двух или более элементов. Например, арсенид галлия (GaAs) представляет собой бинарное соединение III-V, которое представляет собой комбинацию галлия (Ga) из колонки III и мышьяка (As) из колонки V. Тройные соединения могут быть образованы элементами из трех разных колонок - например, теллуридом ртути и индия (HgIn 2 Te 4 ), соединением II-III-VI. Они также могут быть образованы элементами из двух столбцов, такими как арсенид алюминия-галлия (Al x Ga 1 - x As), который представляет собой тройное соединение III-V, где как Al, так и Ga происходят из столбец III и нижний индекс x относятся к составу двух элементов от 100 процентов Al ( x = 1) до 100 процентов Ga ( x = 0).Чистый кремний является наиболее важным материалом для приложений интегральных схем, а бинарные и тройные соединения III-V являются наиболее важными для излучения света.

таблица Менделеева

Современная версия периодической таблицы элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

До изобретения биполярного транзистора в 1947 году полупроводники использовались только как двухполюсные устройства, такие как выпрямители и фотодиоды. В начале 1950-х годов германий был основным полупроводниковым материалом.Однако он оказался непригодным для многих применений, поскольку устройства, изготовленные из этого материала, демонстрируют высокие токи утечки только при умеренно повышенных температурах. С начала 1960-х годов кремний стал наиболее широко используемым полупроводником, фактически вытеснив германий в качестве материала для изготовления устройств. Это обусловлено двумя основными причинами: (1) кремниевые устройства демонстрируют гораздо более низкие токи утечки и (2) диоксид кремния (SiO 2 ), который является высококачественным изолятором, легко интегрируется в кремниевый корпус. на базе устройства.Таким образом, кремниевая технология стала очень продвинутой и повсеместной: кремниевые устройства составляют более 95 процентов всей проданной во всем мире полупроводниковой продукции.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Многие из составных полупроводников обладают некоторыми определенными электрическими и оптическими свойствами, которые превосходят их аналоги из кремния. Эти полупроводники, особенно арсенид галлия, используются в основном для оптоэлектроники и некоторых радиочастотных (RF) приложений.

Электронные свойства

Полупроводниковые материалы, описанные здесь, представляют собой монокристаллы; т.е. атомы расположены в трехмерном периодическом порядке. Часть A рисунка показывает упрощенное двумерное представление собственного (чистого) кристалла кремния, содержащего незначительные примеси. Каждый атом кремния в кристалле окружен четырьмя ближайшими соседями. Каждый атом имеет четыре электрона на своей внешней орбите и делит эти электроны со своими четырьмя соседями.Каждая общая электронная пара представляет собой ковалентную связь. Сила притяжения между электронами и обоими ядрами удерживает два атома вместе. Для изолированных атомов (например, в газе, а не в кристалле) электроны могут иметь только дискретные уровни энергии. Однако, когда большое количество атомов объединяется, чтобы сформировать кристалл, взаимодействие между атомами заставляет дискретные уровни энергии расширяться в энергетические зоны. Когда отсутствует тепловая вибрация (т.е.при низкой температуре), электроны в изоляторе или полупроводниковом кристалле полностью заполняют ряд энергетических зон, оставляя остальные энергетические зоны пустыми.Полоса с самым высоким заполнением называется валентной полосой. Следующая зона - это зона проводимости, которая отделена от валентной зоны запрещенной зоной (щели в кристаллических изоляторах намного больше, чем в полупроводниках). Эта запрещенная зона, также называемая запрещенной зоной, представляет собой область, обозначающую энергии, которыми электроны в кристалле не могут обладать. Большинство важных полупроводников имеют ширину запрещенной зоны в диапазоне от 0,25 до 2,5 электрон-вольт (эВ). Ширина запрещенной зоны кремния, например, составляет 1,12 эВ, а ширина запрещенной зоны арсенида галлия - 1.42 эВ. Напротив, ширина запрещенной зоны алмаза, хорошего кристаллического изолятора, составляет 5,5 эВ.

При низких температурах электроны в полупроводнике связаны в своих соответствующих зонах в кристалле; следовательно, они недоступны для электропроводности. При более высоких температурах тепловая вибрация может разорвать некоторые ковалентные связи с образованием свободных электронов, которые могут участвовать в проводимости тока. Как только электрон удаляется от ковалентной связи, с этой связью связана электронная вакансия.Эта вакансия может быть заполнена соседним электроном, что приводит к смещению положения вакансии с одного узла кристалла на другой. Эту вакансию можно рассматривать как фиктивную частицу, названную «дыркой», которая несет положительный заряд и движется в направлении, противоположном направлению электрона. Когда к полупроводнику прикладывают электрическое поле, как свободные электроны (теперь находящиеся в зоне проводимости), так и дырки (оставшиеся в валентной зоне) перемещаются через кристалл, создавая электрический ток.Электропроводность материала зависит от количества свободных электронов и дырок (носителей заряда) в единице объема и от скорости, с которой эти носители движутся под действием электрического поля. В собственном полупроводнике существует равное количество свободных электронов и дырок. Однако электроны и дырки обладают разной подвижностью; то есть они движутся с разными скоростями в электрическом поле. Например, для собственного кремния при комнатной температуре подвижность электронов составляет 1500 квадратных сантиметров на вольт-секунду (см 2 / В · с) —i.е., электрон будет двигаться со скоростью 1500 сантиметров в секунду под действием электрического поля в один вольт на сантиметр, в то время как подвижность дырок составляет 500 см 2 / В · с. Подвижности электронов и дырок в конкретном полупроводнике обычно уменьшаются с повышением температуры.

Электрическая проводимость в собственных полупроводниках довольно низкая при комнатной температуре. Чтобы добиться более высокой проводимости, можно намеренно ввести примеси (обычно до концентрации одной части на миллион атомов хозяина).Это называется легированием, процесс, который увеличивает проводимость, несмотря на некоторую потерю подвижности. Например, если атом кремния заменен атомом с пятью внешними электронами, например мышьяком ( см. часть B рисунка), четыре электрона образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый электрон становится электроном проводимости, который передается в зону проводимости. Кремний становится полупроводником типа n из-за добавления электрона.Атом мышьяка является донором. Точно так же часть C рисунка показывает, что, если атом с тремя внешними электронами, такими как бор, заменяется атомом кремния, дополнительный электрон образует четыре ковалентные связи вокруг атома бора, а положительно заряженная дырка образует создан в валентной зоне. Это создает полупроводник типа p , в котором бор является акцептором.

Полупроводниковые материалы: Типы Группы Классификация

- существует много различных типов полупроводниковых материалов, которые часто классифицируются по своим группам и другим, но все они имеют немного разные свойства.


Полупроводники Включает:
Что такое полупроводник Полупроводниковые материалы Дырки и электроны


Есть много различных типов полупроводниковых материалов.

Эти разные типы полупроводников имеют немного разные свойства и подходят для различных применений в различных формах полупроводниковых устройств.

Некоторые из них могут быть применимы для стандартных сигнальных приложений, другие для высокочастотных усилителей, в то время как другие типы могут быть применимы для приложений питания и суровых условий или другие для приложений, излучающих свет.Во всех этих различных приложениях, как правило, используются разные типы полупроводниковых материалов.

Типы / классификация полупроводников

Существует две основные группы или классификации, которые можно использовать для определения различных типов полупроводников:

  • Внутренний материал: Внутренний тип полупроводникового материала, который является очень чистым химически. В результате он обладает очень низким уровнем проводимости с очень небольшим количеством носителей заряда, а именно дырок и электронов, которыми он обладает в равных количествах.
  • Внешний материал: Типы полупроводников Extrinisc - это те, в которых к основному внутреннему материалу добавлено небольшое количество примесей. В этом «легировании» используется элемент из другой группы периодической таблицы, и таким образом он будет иметь больше или меньше электронов в валентной зоне, чем сам полупроводник. Это создает либо избыток, либо недостаток электронов. Таким образом, доступны два типа полупроводников: Электроны являются носителями отрицательного заряда.
    • N-тип: Полупроводниковый материал N-типа имеет избыток электронов. Таким образом, свободные электроны доступны внутри решеток, и их общее движение в одном направлении под влиянием разности потенциалов приводит к протеканию электрического тока. В полупроводнике N-типа носителями заряда являются электроны.
    • P-тип: В полупроводниковом материале P-типа наблюдается нехватка электронов, т.е.в кристаллической решетке есть «дыры». Электроны могут перемещаться из одного пустого положения в другое, и в этом случае можно считать, что дырки движутся. Это может произойти под влиянием разности потенциалов, и видно, что отверстия текут в одном направлении, что приводит к протеканию электрического тока. На самом деле дыркам двигаться труднее, чем свободным электронам, и поэтому подвижность дырок меньше, чем подвижность свободных электронов. Дырки - это носители положительного заряда.

Группы полупроводниковых материалов

Наиболее часто используемые полупроводниковые материалы представляют собой кристаллические неорганические твердые вещества.Эти материалы часто классифицируются в соответствии с их положением или группой в периодической таблице. Эти группы определяются электронами на внешней орбите отдельных элементов.

Хотя большинство используемых полупроводниковых материалов являются неорганическими, все больше органических материалов исследуется и используется.

Перечень полупроводниковых материалов

Есть много различных типов полупроводниковых материалов, которые можно использовать в электронных устройствах. У каждого есть свои преимущества, недостатки и области, в которых его можно использовать для обеспечения оптимальной производительности.


Материал Химический символ
/ формула
Группа Детали
Германий Ge IV Этот тип полупроводникового материала использовался во многих ранних устройствах, от диодов обнаружения радаров до первых транзисторов. Диоды показывают более высокую обратную проводимость и температурный коэффициент, что означает, что ранние транзисторы могут страдать от теплового разгона.Предлагает лучшую подвижность носителей заряда, чем кремний, и поэтому используется в некоторых ВЧ-устройствах. В наши дни не так широко используются, поскольку доступны лучшие полупроводниковые материалы.
Кремний S IV Кремний - наиболее широко используемый тип полупроводникового материала. Его главное преимущество состоит в том, что он прост в изготовлении и обеспечивает хорошие общие электрические и механические свойства. Еще одно преимущество состоит в том, что при использовании в интегральных схемах он образует высококачественный оксид кремния, который используется в качестве изоляционных слоев между различными активными элементами ИС.
Арсенид галлия GaAs III-V Арсенид галлия - второй наиболее широко используемый тип полупроводников после кремния. Он широко используется в высокопроизводительных ВЧ-устройствах, где используется его высокая подвижность электронов. Он также используется в качестве подложки для других полупроводников III-V, например InGaAs и GaInNAs. Однако это хрупкий материал и имеет более низкую подвижность дырок, чем кремний, что делает невозможными такие приложения, как КМОП-транзисторы P-типа.Его также относительно сложно изготовить, и это увеличивает стоимость устройств на основе GaAs.
Карбид кремния SiC IV Карбид кремния находит применение во многих областях. Он часто используется в силовых устройствах, где его потери значительно ниже, а рабочие температуры могут быть выше, чем у устройств на основе кремния. Карбид кремния имеет разрушающую способность, которая примерно в десять раз выше, чем у самого кремния.Формы карбида кремния были типами полупроводникового материала, которые использовались с некоторыми ранними формами желтых и синих светодиодов.
Нитрид галлия GaN III-V Этот тип полупроводникового материала начинает все более широко использоваться в микроволновых транзисторах, где требуются высокие температуры и мощность. Он также используется в некоторых микросхемах СВЧ. GaN трудно легировать, чтобы получить области p-типа, и он также чувствителен к электростатическому разряду, но относительно нечувствителен к ионизирующему излучению. Используется в некоторых синих светодиодах.
фосфид галлия GaP III-V Этот полупроводниковый материал нашел множество применений в светодиодной технологии. Он использовался во многих ранних светодиодах низкой и средней яркости, дающих различные цвета в зависимости от добавления других легирующих примесей. Чистый фосфид галлия излучает зеленый свет, легированный азотом, он излучает желто-зеленый, а легированный ZnO излучает красный цвет.
Сульфид кадмия CdS II-VI Используется в фоторезисторах, а также в солнечных элементах.
Сульфид свинца ПБС IV-VI Используемый в качестве минерального галенита, этот полупроводниковый материал использовался в очень ранних радиодетекторах, известных как «кошачьи усы», где точечный контакт оловянной проволоки с галенитом для выпрямления сигналов.

Другие основные концепции электроники:
Напряжение Текущий Мощность Сопротивление Емкость Индуктивность Трансформеры Децибел, дБ Законы Кирхгофа Q, добротность Радиочастотный шум
Вернуться в меню «Основные понятия электроники». . .

Полупроводниковые материалы - IEEE IRDS ™

Полупроводниковые материалы варьируются по цене и доступности от кремния в большом количестве до дорогих редкоземельных элементов (РЗЭ). Солнечные элементы, полевые транзисторы, датчики Интернета вещей и схемы беспилотных автомобилей требуют для работы полупроводниковых материалов. Современный мир буквально обязан своим существованием полупроводникам и материалам, используемым при их производстве.

По мере того, как существующие полупроводниковые материалы достигают своих физических ограничений, новые материалы готовы занять их место.Рынок этих материалов в сочетании с новыми полупроводниковыми приложениями меняет производство и закупку материалов во всей отрасли.

Виды полупроводниковых материалов

Чтобы понять изменяющуюся природу производства полупроводников, необходимо понять существующие полупроводниковые материалы и то, как их состав влияет на электронные устройства. Новости отрасли содержат последние сведения о ценах на материалы и исследованиях, но, как правило, предполагают осведомленность о текущих свойствах и ограничениях материалов.

Какие полупроводниковые материалы используются чаще всего?

Наиболее часто используемые полупроводниковые материалы - это кремний, германий и арсенид галлия. Из этих трех германий был одним из первых используемых полупроводниковых материалов. Германий имеет четыре валентных электрона, которые представляют собой электроны, расположенные на внешней оболочке атома.

Количество валентных электронов в полупроводниковом материале определяет его проводимость. Хотя германий стал важным шагом в эволюции полупроводниковых материалов, он в значительной степени вышел из употребления в пользу нынешнего короля полупроводниковых материалов - кремния.

Кремний широко используется в качестве полупроводникового материала с 1950-х годов. Самый распространенный элемент на Земле после углерода, кремний имеет четыре валентных электрона и плавится при более высокой температуре, чем германий (1414 градусов по Цельсию по сравнению с германием 938,3 градуса по Цельсию).

Кремний в большом количестве присутствует в кварците. Процессы экстракции, очистки и кристаллизации кремния эффективны и экономичны. Элемент кристаллизуется в форме алмаза для относительно прочной связи, придавая кристаллам кремния сильные механические свойства.

Арсенид галлия - второй по распространенности полупроводник, используемый сегодня. В отличие от кремния и германия, арсенид галлия представляет собой соединение, а не элемент, и образуется путем объединения галлия с его тремя валентными электронами и мышьяком, который имеет пять валентных электронов.

Восемь валентных электронов заставляют устройства на основе арсенида галлия быстро реагировать на электрические сигналы, что делает соединение хорошо подходящим для усиления высокочастотных сигналов, видимых на телевизионных спутниках. Однако у арсенида галлия есть некоторые ограничения: это соединение труднее производить в массовом порядке, чем кремний, а химические вещества, используемые при производстве арсенида галлия, довольно токсичны.

Какие полупроводниковые материалы самые эффективные?

В дополнение к арсениду галлия состав диоксида кремния имеет характеристики, превосходящие кремний, что позволяет использовать его в качестве изолятора, пассивирующего слоя и строительного слоя в металлооксидных кремниевых (МОП) устройствах, тип поля с изолированным затвором. -эффект транзистор. Диоксид кремния имеет высокую диэлектрическую прочность и более широкую запрещенную зону, чем кремний, что делает его эффективным изолятором, а соединение легко осаждается на других материалах.

Какие из последних инноваций в полупроводниковых материалах?

Кремний, являясь наиболее важным материалом в производстве полупроводников на протяжении большей части конца двадцатого и начала двадцать первого веков, приближается к пределу своей полезности. Спрос на все более компактные и быстрые интегральные схемы привели к тому, что эффективность материала стала настолько высокой, насколько это возможно, и отраслевые эксперты опасаются, что кремний скоро достигнет пределов закона Мура. Исследования новых материалов продолжаются, и некоторые материалы имеют большие перспективы на будущее:

  • Нитрид галлия высокой мощности может быть использован для более эффективного и быстрого преобразования энергии в электрических сетях из-за его высокого критического энергетического поля.
  • Полупроводники на основе антимонида и висмута находят применение в улучшенных инфракрасных датчиках для медицинского и военного секторов.
  • Графен обладает потенциалом превзойти кремний как универсальный полупроводниковый материал, но широкое коммерческое использование может произойти через двадцать пять лет.
  • Пирит может быть использован для замены теллурида кадмия из редкоземельного элемента, который широко используется в солнечных элементах, но имеет ограниченное количество. Пирит является обильным, недорогим и нетоксичным.

Узнайте больше о полупроводниковых материалах в дорожной карте IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Свойства полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы обладают определенными характеристиками, связанными с электропроводностью. Будущее полупроводников зависит от того, смогут ли новые материалы с такими характеристиками производиться массово по цене, аналогичной стоимости кремния.

Каковы отличительные характеристики полупроводниковых материалов?

Материалы, обеспечивающие электрическую проводимость, естественно, называются проводниками.Примеры включают золото, серебро и медь. С другой стороны, изоляторы обладают высоким сопротивлением и препятствуют электропроводности. Резина, стекло и керамика - изоляторы.

Полупроводники, как следует из названия, обладают характеристиками как проводников, так и изоляторов. Полупроводники обычно имеют кристаллическую форму и имеют небольшое количество свободных электронов, необходимых для обеспечения проводимости. Вместо этого их атомы группируются вместе, образуя кристаллическую решетку, через которую возможна электрическая проводимость, но только при правильных условиях.

При низких температурах полупроводники обладают низкой проводимостью или вообще не имеют проводимости и действуют как изоляторы. Однако при комнатной температуре или при воздействии света, напряжения или тепла они могут проводить электричество. Именно это квазисостояние между проводниками и изоляторами делает полупроводники настолько важными для электронных устройств, поскольку они определяют, как, когда и где течет электричество.

Как работают полупроводники?

Металлы проводят электричество, потому что их свободные электроны могут свободно перемещаться между атомами, поскольку электричество требует потока электронов от одного атома к другому.Полупроводники, такие как чистый кремний, имеют мало свободных электронов и действуют больше как изоляторы.

Поведение кремния можно изменить в сторону проводимости с помощью процесса, называемого легированием. Легирование приводит к смешиванию крошечных примесей с полупроводниковыми материалами. Примеси добавляют к основному материалу «донорные атомы», повышая проводимость. Количество примесей, добавленных к полупроводниковым материалам, ничтожно - всего лишь один донорный атом на десять миллионов атомов полупроводника, - но достаточно, чтобы обеспечить электрическую проводимость.

Используются две категории примесей, N-тип и P-тип:

  • Полупроводники N-типа содержат фосфор или мышьяк. Оба вещества имеют по пять валентных электронов. При добавлении к решетке кремния одному из легирующих электронов не с чем связываться, поэтому он может пропускать электрический ток. Электроны имеют отрицательный заряд, поэтому эти полупроводники называют полупроводниками N-типа.
  • Полупроводники
  • P-типа «легированы» бором или галлием. Два легирующих элемента имеют только три валентных электрона.Когда они смешиваются с решеткой кремния, нескольким электронам кремния не с чем связываться, обеспечивая электрическую проводимость. Отсутствие электрона создает положительный заряд, поэтому кремний, легированный бором или галлием, называется полупроводником P-типа.

Как производятся полупроводниковые материалы?

При производстве интегральных схем компоненты схемы, такие как транзисторы и проводка, осаждаются на поверхности тонкой кремниевой кристаллической пластины. Затем тонкая пленка компонента покрывается фотостойким веществом, на которое с помощью технологии фотолитографии проецируется рисунок схемы.

В результате получается один слой схемы с транзисторами на самом нижнем уровне. Затем процесс повторяется со многими схемами, сформированными друг над другом и на полупроводниковой основе.

Узнайте больше о полупроводниковых материалах в дорожной карте IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Применение полупроводниковых материалов

Производство полупроводников обеспечивает базовое оборудование почти для всех электронных устройств.Он используется для усиления энергии, переключения, преобразования энергии, датчиков и многого другого.

Какие изделия обычно изготавливают из полупроводниковых материалов?

Распространенные продукты и компоненты, изготовленные из полупроводниковых материалов, включают следующее:

  • транзисторы биполярные
  • диоды
  • Транзисторы полевые
  • микросхемы
  • переходной полевой транзистор
  • Светодиоды (LED)
  • Металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (МОП-транзисторы)
  • Выпрямители с кремниевым управлением

Какие отрасли промышленности используют полупроводниковые материалы больше всего?

Полупроводниковые материалы являются важным компонентом электронных устройств, что делает их жизненно важными практически для всех основных отраслей промышленности. Во всем мире ежедневно используется более ста миллиардов полупроводников.

Секторы, которые особенно зависят от полупроводниковых материалов, включают следующее:

  • искусственный интеллект
  • чистая энергия
  • связь
  • вычисления
  • энергия
  • здравоохранение
  • Интернет вещей
  • военный

Узнайте больше о полупроводниковых материалах в дорожной карте IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Рынок полупроводниковых материалов

Поскольку почти все промышленные сектора зависят от электронных устройств, рынок полупроводников относительно стабилен.Расходы на материалы, необходимые для первоначального производства полупроводниковых корпусов, варьируются от легкодоступного кремния и керамики до дорогостоящих редкоземельных металлов.

Как обстоят дела на мировом рынке полупроводниковых материалов?

Рынок полупроводниковых материалов достиг более 50 миллиардов долларов в 2018 году и, по прогнозам, достигнет стоимости более 70 миллиардов долларов к концу 2025 года. Прогнозируемый среднегодовой темп роста в период с 2018 по 2025 год оценивается в 4,32 процента.

Что делает полупроводниковые материалы такими ценными?

Хотя некоторые полупроводниковые материалы дешевы и доступны в большом количестве (кремний является наиболее очевидным примером), РЗЭ, используемые в производстве диэлектриков с высоким κ и химико-механической полировке, могут быть дорогостоящими.

На величину РЗЭ влияют несколько факторов. Процессы, необходимые для отделения РЗЭ от породы, в которой они обнаружены, сложны и дороги, требуя тысяч стадий для извлечения и очистки готового материала.

Сложность извлечения РЗЭ из сырья заставила многие горнодобывающие компании отказаться от получения прибыли от РЗЭ. Китай - одна из немногих стран, сосредоточивших внимание на добыче и переработке РЗЭ, в результате чего страна производит 85 процентов мировых запасов вольфрама и молибдена.

Жесткая хватка Китая над производством РЗЭ позволяет ему не только устанавливать цены, но и использовать ценный полупроводниковый материал в качестве политического оружия. В 2010 году Китай прекратил все продажи РЗЭ в Японию из-за спора по поводу задержания Японией китайского рыболовного капитана. Решит ли Китай использовать экспорт РЗЭ во время продолжающейся торговой войны между США и Китаем, вызывает озабоченность.

Как перерабатываются и утилизируются полупроводниковые материалы?

Учитывая ценность некоторых полупроводниковых материалов, рециркуляция и утилизация ценных РЗЭ и других веществ возможны.В настоящее время переработка РЗЭ наиболее успешна при работе с крупномасштабными полупроводниковыми продуктами, такими как солнечные элементы, автомобильные катализаторы и магниты ветряных турбин. РЗЭ также регенерируют из аккумуляторов.

Переработка более мелких полупроводниковых материалов является финансово проблематичной, учитывая небольшое количество материала, утилизируемого из отдельных продуктов, таких как смартфоны. Переработка полупроводниковых материалов также связана с собственными экологическими издержками: процесс приводит к значительным отходам и выбросам множества токсичных загрязнителей.Этические соображения также вызывают озабоченность, поскольку многие использованные полупроводниковые продукты попадают на предприятия по переработке электронных отходов в странах третьего мира, известные тем, что эксплуатируют детский труд.

Самый очевидный способ снизить затраты на РЗЭ - начать добычу и переработку собственных месторождений РЗЭ в других странах, кроме Китая (несмотря на свое название, РЗЭ равномерно распределены по земле, хотя это затрудняет поиск крупных залежей в одном месте) . Однако, как отмечает Communications из ACM , для этого требуется готовность инвестировать в разработку рентабельных процессов добычи, добычи и переработки.

Хотите узнать больше о полупроводниковых материалах? Рассмотрите возможность чтения Международной дорожной карты для устройств и систем (IRDS ™). IRDS ™ - это набор прогнозов, которые исследуют будущее электроники, полупроводников и компьютерной индустрии на пятнадцатилетний горизонт. Он охватывает ряд критических областей и технологий, от приложений до устройств и производства. Присоединяйтесь к техническому сообществу IRDS ™, чтобы загрузить дорожную карту и быть в курсе наших последних мероприятий.

Как загрузить IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Полупроводниковые материалы

Полупроводниковые материалы

вакуумные лампы широко использовались для различных целей в электронике, в основном напряжения и усиление мощности, до изобретения твердотельных полупроводников устройств в 1940-х гг. С тех пор полупроводниковые приборы постепенно вытеснили вакуумные лампы в большинстве таких приложений из-за их благоприятных такие свойства, как малый размер, малый вес, низкое энергопотребление, высокое частотная способность и высокая надежность.Однако электронные лампы все еще могут найти некоторые приложения даже сегодня, например, радиочастотные передатчики большой мощности и микроволновые печи. Хотя физика электронных ламп и полупроводников устройства очень разные, основные функции схожи, например, управление ток через небольшое напряжение.

  • Проводники и изоляторы:

    Хорошие проводники, например медь (Cu ), серебро (Ag ), и золото (Au ) может проводить электричество с небольшим сопротивлением потому что атомы имеют только один электрон на крайнем слое или оболочке, называемом валентный электрон (VE) , который только слабо связан к атому и легко может стать свободным электроном, свободно перемещающимся под действием приложенного напряжение для проведения электричества.

    С другой стороны, изоляторы не проводят электричество, так как нет свободных электронов. существуют в материале.

    Вот таблица, показывающая максимальное количество электронов в каждой оболочке. В общем, в n-й оболочке есть электроны. Однако каждый уровень не обязательно полностью заполнен, и самый внешний слой, валентная оболочка, может иметь не более 8 валентных электронов.

    (1)

  • Полупроводники:

    Проводимость элементов с четырьмя валентными электронами в углероде группа не так хороша, как проводники, но все же лучше, чем изоляторы, и они получили название полупроводники.Два полупроводника великих важны кремний (Si) и германий (Ge ), оба из которых имеют четыре валентных электрона. Их кристаллическая структура решетка имеет тетраэдрический узор с каждым атомом, разделяющим один валентный электрон с каждый из четырех своих соседей образует ковалентных связей .

    Если электрон набирает достаточно тепловой энергии (1,1 эВ для Si или 0,7 эВ для Ge), он может разорвать ковалентную связь и стать свободным электроном отрицательного заряд, оставляя при этом вакансию или лунку положительного заряда.В электрическое поле, свободный электрон может переместиться в новое место, чтобы заполнить дыру там, т.е. как такие электроны, так и дырки вносят вклад в электрическую проводимость. Такой кристалл называется собственным полупроводником .

    При комнатной температуре относительно небольшое количество электронов набирает достаточно энергии, чтобы стать свободных электронов, общая проводимость таких материалов мала, тем самым их называют полупроводниками, и этот материал не является ни хорошим проводником, ни хороший изолятор.

  • Легированные полупроводники:

    Проводимость полупроводникового материала можно улучшить легированием, т.е.е., добавлением примесного элемента с тремя или пятью валентными электронами, называются, соответственно, трехвалентными и пятивалентными элементами. Полупроводник называется внутренним или внешним, в зависимости от того, содержит ли он любые легированные примеси.

    • Полупроводник N-типа:

      Когда небольшое количество пятивалентных донорных атомов (например, фосфора (P) и Мышьяк (As)), атом кремния в решетке может быть заменен на донорный атом с четырьмя валентными электронами, образующими ковалентные связи и один лишний свободный электрон.Это полупроводник N-типа , у которого проводимость значительно улучшена по сравнению с собственными полупроводниками, благодаря лишним свободным электронам в решетке, которые называются преобладающими или большинство носителей тока . Также существует небольшое количество отверстий. назвал миноритарных перевозчиков .

    • Полупроводник P-типа:

      Когда небольшое количество трехвалентных акцепторных атомов (например, бора (B) и алюминия (Al)) атом кремния в решетке может быть заменен акцептором атом только с тремя валентными электронами, образующими три ковалентные связи и дырка в решетке.Это полупроводник P-типа , проводимость которого также значительно улучшен по сравнению с собственными полупроводниками из-за дыры в решетке, которые называются преобладающими или мажоритарными токами. Перевозчики . Также существует небольшое количество свободных электронов, называемых неосновных перевозчиков .

  • PN-переход

    Когда материалы P-типа и N-типа контактируют друг с другом, PN-переход формируется за счет этих двух эффектов:

    • Распространение:

      Хотя обе стороны электрически нейтральны, у них разные концентрация электронов (N-тип) и дырок (P-тип), и диффузионный ток формируется за счет диффузии высших концентрация свободно движущихся электронов в материале N-типа которые перемещаются через PN-переход от стороны N к стороне P из-за тепловое движение.Они прибывают на сторону P, чтобы заполнить некоторые дыры там. Точно так же мы можем рассматривать отверстия как рассеивающие со стороны P на сторону N.

    • Электрическое поле

      Если бы никакие другие силы не были задействованы, диффузия осуществила бы непрерывно, пока свободные электроны и дырки не будут равномерно распределены через оба материала. Однако в результате диффузионного процесса постепенно устанавливается электрическое поле, отрицательное на стороне P-типа материал из-за дополнительных электронов, положительный на стороне N-типа материал из-за потери свободных электронов.Это электрическое поле предотвращает дальнейшая диффузия, поскольку электроны на стороне N-типа вытесняются из сторона P-типа электрическим полем.

    Эффекты диффузии и электрического поля в конечном итоге приводят к равновесие, при котором два эффекта уравновешивают друг друга, так что есть больше никаких носителей заряда (свободных электронов или дырок), пересекающих PN-переход. Эта область вокруг PN-перехода, названная областью истощения как больше не существует свободно движущихся носителей заряда, становится преградой между двумя концами материала, препятствующего протеканию тока.

    Дополнительные примечания можно найти полупроводниковые материалы здесь а также здесь.

    Солнечная батарея

    Солнечный элемент преобразует световую энергию в электрическую и представляет собой ток. источник. Когда фотон света попадает в кусок полупроводникового материала (PN-переход), он либо проходит через материал, если его энергия равна ниже, чем энергия запрещенной зоны кремниевого полупроводника, или поглощается кремнием, если его энергия больше, чем энергия запрещенной зоны.в В последнем случае образуется электронно-дырочная пара, а электрон и дырка разделены внутренним электрическим полем около PN-перехода. в электроны притягиваются положительным потенциалом на стороне N и отверстия притягиваются отрицательным потенциалом на стороне P, тем самым образуя ток через внешнюю цепь. Солнечный элемент - это источник тока, поскольку входящий поток фотонов вызывает ток (а не напряжение).

Дополнительные сведения о фотодиодах, солнечных элементах и ​​светодиодах можно найти здесь.

Более подробное обсуждение физики полупроводников можно найти здесь

полупроводников | АМЕРИКАНСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ®

О полупроводниковой технологии

Электронные устройства используют управление потоком электронов в электрических цепях для сбора информации из входящих сигналов, обработки и / или передачи этой информации и использования этой информации для генерации различных выходных сигналов. В ранних электронных устройствах управление током в цепи осуществлялось с помощью компонентов механической схемы, а затем и электронных ламп, но современная электроника и передовые технологии полагаются в первую очередь на твердотельные электронные компоненты, содержащие полупроводники.

# 8: American Elements помогает Intel в создании нового диэлектрического покрытия с использованием наночастиц кобальта, покрытых диоксидом кремния

СМОТРЕТЬ ИССЛЕДОВАНИЕ>

Определение полупроводников

Как можно понять из этого термина, полупроводники - это материалы с удельной электропроводностью между проводником, таким как медь, и изолятором, таким как стекло, но их истинная ценность в электронных устройствах заключается в способности легко изменять их проводимость. Токопроводимость в полупроводнике происходит из-за движения носителей заряда: свободные электроны несут отрицательный заряд, в то время как пространства, оставшиеся после движения электронов, часто называемые «дырками», несут положительный заряд.Собственными электрическими свойствами полупроводникового материала можно управлять, легируя материал примесями, что значительно увеличивает количество носителей заряда, доступных для проведения тока.

Полупроводниковые материалы могут быть легированы по своей природе n-типа , имеющим избыток отрицательных носителей заряда, или p-типа , имеющим избыток положительных носителей заряда. Когда легированные полупроводники контактируют с полупроводниками другого типа, носители заряда истощаются в области этого p-n-перехода.Эта область истощения является исправляющей: она обладает уникальным свойством позволять току течь только в одном направлении. Это свойство абсолютно необходимо для работы диодов и транзисторов. Кроме того, проводимость полупроводника может изменяться в короткие сроки из-за внешних условий, таких как воздействие света или тепла, наличие электрического или магнитного поля или механическая деформация его кристаллической структуры. Влияние электрических полей на проводимость полупроводников используется в полевых транзисторах, а чувствительность к другим входам позволяет производить датчики на основе полупроводников и фотоэлектрические устройства.

Полупроводниковые приборы

Компонентами электронных схем, которые обычно содержат полупроводники, являются транзисторы и диоды. Диоды - это электронные компоненты с двумя выводами, которые управляют током в цепи, позволяя току течь только в одном направлении, свойство полупроводниковых диодов обеспечивается одним p-n переходом или переходом металл-полупроводник. Кроме того, полупроводниковые диоды начинают проводить электричество только при наличии определенного порогового напряжения, и это свойство можно настроить путем тщательного выбора полупроводниковых материалов.Этими свойствами можно манипулировать для выполнения множества специальных функций, включая производство света, как в светоизлучающих диодах (СИД) и лазерных диодах.

Транзисторы представляют собой электронные компоненты с тремя выводами, которые могут усиливать или переключать ток в цепи из-за способности напряжения, приложенного к одному из выводов, изменять ток через оставшуюся пару выводов. Усилительные способности транзисторов важны для воспроизведения звука, радио, передачи и обработки сигналов, в то время как транзисторные переключатели используются в импульсных источниках питания и в логических вентилях.

Хотя транзисторы могут быть изготовлены как отдельные компоненты схемы, они чаще всего встречаются в интегральных схемах, а одна интегральная схема может содержать несколько миллиардов транзисторов. Существует много типов транзисторов, но современные интегральные схемы чаще всего содержат полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET). Интегральные схемы изготавливаются путем печати различных слоев материала компонентных транзисторов и соединительных схем на подложке. Процессы фотолитографии используются для создания чрезвычайно мелких деталей, необходимых для упаковки множества отдельных электронных элементов на небольшой площади.Интегральные схемы являются важными компонентами почти всех электронных устройств и могут использоваться для приема и обработки входных данных от цифровых датчиков, хранения и обработки информации, а также управления электронными устройствами ввода / вывода или механическими системами.

Другой крупный класс полупроводниковых устройств - это солнечный элемент , который преобразует энергию солнца в электричество посредством фотоэлектрического эффекта и является одним из основных направлений в области экологически чистых технологий и альтернативной энергетики.Для более подробного обсуждения технологий и современных материалов, используемых в фотоэлектрических элементах, посетите страницу American Elements, Photovoltaic & Solar Energy.

Полупроводниковые материалы

Полупроводники группы IV

Элементы группы IV углерод, кремний и германий являются полупроводниками в чистом виде. Наиболее широко используемым полупроводниковым материалом является кристаллический кремний, известный своим полезным функциональным диапазоном температур, а также обилием и, как следствие, низкой стоимостью сырья, и который используется в качестве подложки для большинства интегральных схем, а также в наиболее широко используемых фотоэлектрических элементах.Германий широко использовался в ранних исследованиях полупроводников и фактически был материалом, который использовался для изготовления самых первых интегральных схем, но его тепловая чувствительность и меньшая распространенность делают его менее идеальным первичным материалом, чем кремний. Соединения полупроводников группы IV также являются полезными полупроводниками: кремний-германий (SiGe) часто используется для высокоскоростных полупроводниковых устройств, в то время как карбид кремния используется в синих светодиодах и исследуется для использования в полупроводниковых устройствах, которые могут выдерживать экстремальные условия окружающей среды. во время операции.Обычно полупроводники используются в кристаллических формах, но аморфный кремний находит применение в некоторых тонкопленочных солнечных элементах.

Общие полупроводниковые изделия группы IV

Полупроводники на основе бинарных соединений

III-V
Полупроводники

III-V представляют собой бинарные соединения, состоящие из элемента из группы III и элемента из группы V. Арсенид галлия (GaAs) является наиболее часто используемым полупроводником после кремния и имеет некоторые преимущества перед кремнием для использования в полупроводниковых устройствах: он демонстрирует более высокая подвижность электронов, что позволяет изготавливать высокочастотные устройства, и менее чувствителен к теплу и шуму.Арсенид галлия также лучше всего подходит для использования в светоизлучающих и фотоэлектрических приложениях, поскольку его прямая запрещенная зона позволяет ему как поглощать, так и излучать свет более эффективно, чем материалы с непрямой запрещенной зоной, такие как кремний. К недостаткам арсенида галлия относятся низкая подвижность дырок, более сложное и дорогое изготовление, а также отсутствие в нем природного изолирующего оксида, аналогичного диоксиду кремния, что ограничивает его применимость для изготовления интегральных схем. GaAs также часто используется в качестве подложки для выращивания других полупроводников AIIIBV.Другие полупроводники III-V часто встречаются в оптоэлектронных устройствах, таких как инфракрасные детекторы и светодиоды, или в различных устройствах вместе с арсенидом галлия.

Общие полупроводники III-V

II-VI
Полупроводники

II-VI - это бинарные соединения, состоящие из элемента II группы и элемента VI группы. Обычно они имеют прямую запрещенную зону и чаще всего встречаются в солнечных элементах, фоторезисторах, фотодетекторах, лазерах и светодиодах. Солнечные элементы из теллурида кадмия (CdTe) являются наиболее широко используемыми тонкопленочными солнечными элементами.Кроме того, оксид цинка, легированный алюминием (ZnO: Al), является важным прозрачным проводящим оксидом, используемым для проводящих пленок в ЖК-дисплеях и солнечных детекторах.

Общие полупроводники II-VI:

Существуют и другие бинарные полупроводники за пределами этих классификаций, хотя вышеупомянутые классы обычно наиболее широко изучаются. Бинарные полупроводники свинца, которые относятся к группе IV-VI, можно считать исключением - сульфид свинца давно используется в инфракрасных детекторах, а квантовые точки селенида свинца и сульфида свинца недавно вызвали значительный исследовательский интерес.Кроме того, сульфид меди использовался вместе с сульфидом кадмия в некоторых из первых тонкопленочных солнечных элементов.

Оксидные полупроводники

В то время как большинство оксидных соединений, используемых в производстве полупроводниковых устройств, востребованы из-за их изоляционных свойств, некоторые известные оксиды используются в качестве полупроводников. Оксид меди (I) был одним из первых исследованных полупроводников и использовался для демонстрации многих основных свойств полупроводниковых материалов. Диоксид титана является фотокаталитическим свойством, имеющим множество практических применений.Стронций и барий проявляют ярко выраженные пьезоэлектрические эффекты: они генерируют значительное количество электрического заряда при механическом воздействии, которое используется в датчиках давления и деформации, производстве и обнаружении звука, генерации электронной частоты и фокусировке устройств формирования изображений с чрезвычайно высоким разрешением, таких как как электронные микроскопы и высокотехнологичные оптические устройства. Ниобат лития также проявляет пьезоэлектричество и дополнительно используется в различных оптических приложениях.

Примеры оксидных полупроводников:

Сложные составные полупроводники

Все составные полупроводники могут быть сплавлены с образованием полупроводников, содержащих три (тройных) или четыре (четверных) элемента.Эти материалы наиболее известны своей регулируемой шириной запрещенной зоны, которой можно точно управлять, изменяя пропорции составляющих элементов. Тройные составные полупроводники, содержащие галлий, особенно распространены в светодиодах и фотоэлектрических устройствах, в то время как сложные теллуриды часто встречаются в фотодетекторах, при этом теллурид кадмия-цинка (CZT) используется в рентгеновском и гамма-диапазоне, в то время как теллурид кадмия ртути и цинк ртуть теллурид широко используются в инфракрасной визуализации.Кроме того, четвертичный полупроводниковый селенид меди, индия, галлия (CIGS) является широко исследуемым материалом для тонкопленочных фотоэлектрических элементов.

Органические полупроводники

Хотя традиционно полупроводниковые устройства изготавливались из неорганических материалов, в последние годы органическая электроника стала основным новым классом электронных устройств. Органическая электроника представляет интерес отчасти из-за более низкой стоимости материалов по сравнению с традиционной электроникой, а отчасти из-за уникальных возможностей дизайна, связанных со свойствами органических полупроводников.Примечательно, что электронные свойства органических молекул, как правило, не зависят от жестких кристаллических структур, как в случае большинства неорганических полупроводников, что делает гибкую и печатную электронику более пригодной для использования с органическими материалами. В настоящее время наиболее широко используемыми органическими электронными устройствами являются органические светодиоды (OLEDS), которые часто включаются в цифровые дисплеи, но органические солнечные элементы и транзисторы находятся в стадии активной разработки. В органических полупроводниковых устройствах используются как небольшие органические молекулы, так и органические полимеры, а металлоорганические комплексы являются общими элементами в обоих типах устройств.

Диэлектрики

Диэлектрики - это изоляционные материалы, необходимые для электрической изоляции различных полупроводниковых компонентов друг от друга в полупроводниковых устройствах. Наиболее распространенным диэлектриком в кремниевых полупроводниковых устройствах является диоксид кремния, но все более широкое распространение получают другие материалы с лучшими свойствами для определенных аспектов производства полупроводников. Доступны как диэлектрики с низким k, которые являются более изоляционными, чем оксид кремния, так и диэлектрики с высоким k, которые менее изолируют, чем диоксид кремния, и желательны для различных применений.Диэлектрики с низким k представляют интерес для замены диоксида кремния в изолирующих слоях при изготовлении интегральных схем, поскольку они могут быть эффективны в более тонких слоях, чем диоксид кремния. Диэлектрики High-k стремятся заменить диоксид кремния в качестве диэлектрика затвора в КМОП-транзисторах, поскольку их использование снижает токи утечки затвора, позволяя дополнительно миниатюризировать микроэлектронные компоненты.

Примеры низко-k диэлектрических материалов:
  • Диоксид кремния, легированный фтором
  • диоксид кремния, легированный углеродом
  • Пористый диоксид кремния
  • оксикарбид кремния
Примеры высококалорийных диэлектрических материалов

Барьерные материалы

При производстве интегральных схем диффузионные барьеры представляют собой тонкие слои металла или проводящего керамического материала, используемые на границе раздела двух материалов, чтобы обеспечить электрическую проводимость между ними, но предотвратить диффузию одного материала в другой, что является общей проблемой, когда многие металлы напрямую контактируют с кристаллическими полупроводниками, такими как кремний.

Примеры барьерных материалов:

Формы и изготовление

Объемные монокристаллические материалы

При производстве многих полупроводниковых устройств важнейшими исходными материалами являются высококачественные монокристаллические материалы, находящиеся либо в различных объемных формах, либо, как правило, нарезанные на пластины. Тонкие пластины из полупроводникового кремния и арсенида галлия широко используются в качестве подложек в производстве интегральных схем, в то время как монокристаллические листы оксида алюминия, также известного как сапфир, служат в качестве изолирующих подложек для производства кремний-на-сапфировых кристаллов. .Монокристаллические полупроводники также могут быть использованы в производстве лазерных диодов и фотоприемников.

Вафли

Другие формы монокристаллов

Добавки

Атомы примеси добавляются к полупроводникам, чтобы увеличить количество носителей заряда в материале. Добавление акцепторных примесей производит полупроводники p-типа, а добавление донорных примесей производит полупроводники n-типа. Легирующие добавки могут быть включены во время первоначального производства полупроводника или могут быть добавлены позже посредством диффузии или ионной имплантации.Для полупроводников IV группы элементы V группы сурьма, фосфор и мышьяк служат донорными легирующими добавками, а элементы III группы бор, алюминий и галлий - акцепторами. Для полупроводников групп III-V, из которых наиболее часто используется арсенид галлия, элементы групп II, IV и VI могут использоваться в качестве легирующих примесей. Чаще всего используются сера, селен, олово, кремний и углерод. Как и в случае с большинством материалов, используемых при производстве полупроводниковых приборов, легирующие материалы обычно должны иметь чрезвычайно высокую чистоту.

Методы изготовления тонких пленок

Производство многих полупроводниковых устройств включает использование различных процессов производства тонких пленок, многие из которых можно классифицировать как химические или физические методы осаждения из паровой фазы.

Химическое осаждение из паровой фазы (CVD)

Методы химического осаждения из паровой фазы (CVD) включают воздействие на поверхность подложки одного или нескольких предшественников газовой фазы, которые реагируют на подложке с образованием желаемого материала.Эти процессы позволяют точно контролировать состав материала и толщину пленки и обычно используются для осаждения поликремния, диоксида кремния, нитрида кремния, алмаза, некоторых металлов и силицидов металлов, нитридов, оксидов и большинства сложных полупроводников. Соединения-предшественники, используемые в процессах CVD, обычно представляют собой алкилированные металлы (металлоорганические соединения), различные газообразные гидриды и галогениды металлов.

Прекурсоры кремния

Галогениды металлов

Полный список металлоорганических прекурсоров см. На странице металлоорганических соединений.

Физическое осаждение из паровой фазы (PVD)

В методах физического осаждения из паровой фазы (PVD) требуемый материал уже присутствует, часто в форме распыляемой мишени, и испаряется различными способами для осаждения на заготовку.Эти методы обычно не используются для нанесения полупроводниковых материалов, но вместо этого наиболее часто используются для нанесения проводящих или изолирующих материалов, которые соединяют или изолируют полупроводниковые устройства в цепи.

Металлы часто используются в качестве проводников для соединения различных частей цепи.

Прозрачные проводящие оксиды важны в электрооптических устройствах, таких как датчики и светоизлучающие диоды.

Также следует отметить важный вариант PVD, называемый реактивным распылением.В этом случае испарившийся материал вступает в реакцию с газом, находящимся в камере, так что осажденный материал представляет собой соединение элемента (ов) мишени для распыления и реактивного газа. Это часто используется для производства оксидов, нитридов, оксинитридов или оксикарбидов элемента, выбранного для распыляемой мишени.

Мишени для реактивного распыления

Другие технологии производства

В дополнение к технологиям CVD и PVD, центрифугирование с использованием золь-гелевых прекурсоров часто используется в производстве полупроводниковых устройств для нанесения оксидных слоев.Предшественниками в этих процессах обычно являются алкоксиды металлов.

Квантовые точки

Квантовые точки - это нанокристаллы из полупроводниковых материалов, названные так потому, что они достаточно малы, чтобы проявлять квантово-механические свойства. Электронные и оптические свойства этих материалов можно настраивать путем изменения размера кристалла. Эти материалы представляют интерес для традиционных полупроводниковых приложений, таких как транзисторы, солнечные элементы, светодиоды и диодные лазеры, и, кроме того, были исследованы для использования в приложениях для медицинской визуализации и квантовых вычислений.

Провода, разъемы и токопроводящие чернила

American Elements поставляет как объемные металлы для традиционных материалов соединителей, так и суспензии проводящих металлических наночастиц для приложений печатной электроники.

Связанные технологии

Ниже представлена ​​лишь ограниченная часть полного каталога полупроводниковых материалов, производимых American Elements. Если вы не видите в списке продукта, который ищете, выполните поиск на веб-сайте или обратитесь в службу поддержки клиентов @ americanelements.com.


Одноэлементные полупроводники, исходные металлы и легирующие примеси

Кремний сверхвысокой чистоты и германий

Полупроводники сложных соединений

полупроводников | Введение в химию

Цель обучения
  • Сравните полупроводники N-типа и P-типа, отличив их от полупроводников и изоляторов, используя зонную теорию.

Ключевые моменты
    • Внутренние полупроводники состоят только из одного материала.
    • Внешние полупроводники состоят из внутренних полупроводников, в которые были добавлены другие вещества для изменения их свойств (они были легированы другим элементом).
    • Есть два типа внешних полупроводников: p-тип (p для положительного: дырка была добавлена ​​в результате легирования элементом III группы) и n-типа (n для отрицательного: дополнительный электрон был добавлен в результате легирования элементом III группы). элемент группы-V).

Условия
  • полупроводник - вещество с электрическими свойствами между хорошими проводниками и хорошими изоляторами
  • проводник: то, что может передавать электричество, тепло, свет или звук
  • легированный: описание полупроводника, в который было добавлено небольшое количество элементов для создания носителей заряда.

Полупроводники - это материалы, которые обладают свойствами как обычных проводников, так и изоляторов.Полупроводники делятся на две большие категории:

  • Собственные полупроводники состоят только из одного материала; кремний и германий - два примера. Их также называют «нелегированные полупроводники» или «полупроводники i-типа. «
  • Внешние полупроводники, с другой стороны, являются внутренними полупроводниками с добавлением других веществ для изменения их свойств, то есть они были легированы другим элементом.

Внутренние полупроводники

В классических кристаллических полупроводниках электроны могут иметь энергию только в определенных диапазонах (диапазонах уровней энергии).Энергия этих зон находится между энергией основного состояния и энергией свободного электрона (энергия, необходимая для полного выхода электрона из материала). Энергетические зоны соответствуют большому количеству дискретных квантовых состояний электронов. Большинство состояний с низкой энергией (ближе к ядру) занято, вплоть до определенной зоны, называемой валентной зоной.

Полупроводники и изоляторы отличаются от металлов населенностью электронов в каждой зоне.Валентная зона любого металла в обычных условиях почти заполнена электронами. В полупроводниках только несколько электронов существуют в зоне проводимости чуть выше валентной зоны, а изолятор почти не имеет свободных электронов.

Иллюстрация электронной зонной структуры полупроводника Это исчерпывающая иллюстрация молекулярных орбиталей в массивном материале. По мере увеличения энергии в системе электроны покидают валентную зону и переходят в зону проводимости.

Полупроводники и изоляторы также отличаются относительной шириной запрещенной зоны. В полупроводниках ширина запрещенной зоны мала, что позволяет электронам заселять зону проводимости. В изоляторах он большой, что затрудняет прохождение электронов через зону проводимости.

Внешние полупроводники

Название «внешний полупроводник» может ввести в заблуждение. В то время как изолирующие материалы могут быть легированы, чтобы стать полупроводниками, собственные полупроводники также могут быть легированы, что приводит к примесному полупроводнику.Есть два типа примесных полупроводников, которые возникают в результате легирования: атомы с дополнительным электроном (n-тип для отрицательного элемента из группы V, например, фосфор) и атомы с одним электроном меньше (p-тип для положительного элемента из группы III. , например бор).

При производстве полупроводников легирование преднамеренно вводит примеси в чрезвычайно чистый или собственный полупроводник с целью изменения его электрических свойств. Примеси зависят от типа полупроводника.Слабо- и умеренно легированные полупроводники относятся к примерам примесей. Когда полупроводник легирован до такого высокого уровня, что он больше похож на проводник, чем на полупроводник, его называют вырожденным.

Полупроводники N-типа

Полупроводники

N-типа представляют собой тип примесных полупроводников, в которых атомы примеси способны обеспечивать дополнительные электроны проводимости для материала-хозяина (например, фосфор в кремнии). Это создает избыток отрицательных (n-типа) электронных носителей заряда.

Полупроводник N-типа После легирования материала фосфором появляется дополнительный электрон.

Легирующий атом обычно имеет на один валентный электрон больше, чем один тип основных атомов. Наиболее распространенный пример - атомное замещение в твердых телах IV группы элементами V группы. Ситуация становится более неопределенной, когда хозяин содержит более одного типа атомов. Например, в полупроводниках III-V, таких как арсенид галлия, кремний может быть донором, когда он замещает галлий, или акцептором, когда он замещает мышьяк.У некоторых доноров меньше валентных электронов, чем у хозяина, например щелочные металлы, которые являются донорами в большинстве твердых тел.

Полупроводники P-типа

Полупроводник p-типа (p означает «положительный») создается путем добавления к полупроводнику атома определенного типа с целью увеличения количества свободных носителей заряда. Когда легирующий материал добавляется, он забирает (принимает) слабосвязанные внешние электроны у атомов полупроводника. Этот тип легирующего агента также известен как акцепторный материал, а вакансия, оставленная электроном, известна как дырка.Целью легирования p-типа является создание большого количества дырок.

Полупроводник P-типа После того, как материал был легирован бором, в структуре отсутствует электрон, оставляя дырку. Это позволяет упростить поток электронов.

В случае кремния трехвалентный атом замещен в кристаллической решетке. В результате один электрон отсутствует в одной из четырех ковалентных связей, обычно являющихся частью решетки кремния. Следовательно, атом примеси может принять электрон от ковалентной связи соседнего атома, чтобы завершить четвертую связь.Вот почему эти легирующие примеси называют акцепторами.

Когда атом примеси принимает электрон, это вызывает потерю половины одной связи с соседним атомом, что приводит к образованию дырки. Каждая дырка связана с ближайшим отрицательно заряженным легирующим ионом, и полупроводник в целом остается электрически нейтральным. Однако, как только каждая дырка переместится в решетку, один протон в атоме в месте расположения дыры будет «обнажен» и больше не будет нейтрализован электроном.У этого атома будет три электрона и одна дырка, окружающие конкретное ядро ​​с четырьмя протонами.

По этой причине отверстие ведет себя как положительный заряд. Когда добавляется достаточно большое количество акцепторных атомов, дырок значительно превышает количество термически возбужденных электронов. Таким образом, дырки являются основными носителями, в то время как электроны становятся неосновными носителями в материалах p-типа.

Показать источники

Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета.Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

Elemental Semiconductor - обзор

Кристаллическая структура и симметрия

Элементные полупроводники IV группы, такие как углерод, характеризуются четырьмя электронами во внешней оболочке с электронной конфигурацией s 2 p 2 который в твердом теле дает четыре тетраэдрически ориентированных sp 3 гибридных орбиталей. Полученная сеть ковалентно связанных атомов соответствует гранецентрированной кубической (f.в.в) кристалл, в котором каждый атом занимает эквивалентное положение. Такие кристаллы алмаза относятся к кристаллографической пространственной группе Fd 3 m ( O 7 h ), имеющей точечную группу полной кубической симметрии O h .

Его трансляционная симметрия описана Bravais f.c.c. решетка примитивных переводов: τ 1 = a / 20,1,1, τ 2 = a / 21,0,1 и τ 3 = a / 21,1,0, где a - сторона обычной элементарной ячейки, то есть кристалл инвариантен для трансляций по любому вектору R = n1τ1 + n2τ2 + n3τ3, с целыми значениями n 1 , n 2 , и n 3 .Постоянные решетки кубических элементарных полупроводников составляют a = 5,43 Å для Si, a = 5,65 Å для Ge, a = 6,46 Å для α -Sn. Соответствующая обратная решетка является объемноцентрированной кубической (ОЦК) с примитивными векторами: K1 = (2π / a) (1¯, 1,1), K2 = (2π / a) (1,1¯, 1) и K3 = (2π / a) (1,1,1¯); векторы обратной решетки, G (G = m1K1 + m2K2 + m3K3, с m 1 , m 2 и m 3 целых чисел), имеют свойство: eiR⋅ G = l, для любого переноса решетки R .Примитивная (симметричная) ячейка обратной решетки, то есть первая зона Бриллюэна (ЗБ) алмазной структуры, показана на рисунке 1. Физическое значение обратной решетки и ЗБ состоит в том, что как следствие При периодической трансляционной симметрии расширенные электронные состояния в кристалле описываются волновыми функциями вида Ψkr = eik⋅rur (теорема Блоха), где волновой вектор k принадлежит ЗБ, а функция u имеет вид инвариантен относительно сдвигов решетки (ur + R = ur).

Рисунок 1. БЖ кристалла алмаза; указаны линии и точки высокой симметрии.

Помимо ФЦК. трансляции решетки, вращения и отражения, принадлежащие полной кубической группе ( O h ), оставляют структуру алмаза неизменной. Однако на микроскопическом уровне половина из 48 операций симметрии O h сопровождается дробным переносом, так что два взаимопроникающих f.c.c. решетки меняются местами (пространственная группа алмаза является несимморфной пространственной группой с базисом из двух атомов). В этом заключается основное отличие симметрии цинковой обманки сложных полупроводников, таких как GaAs, в которых две подрешетки не эквивалентны. В частности, элементарный полупроводник, такой как Si, имеет инверсионную симметрию относительно средней точки его гомоядерной ковалентной связи, тогда как в сложном полупроводнике, таком как GaAs, эта симметрия отсутствует. Точечная групповая симметрия определяет вырождение электронных уровней как функцию их волнового вектора k в ЗБ.В частности, электронные волновые функции в точках и линиях высокой симметрии в ЗБ, отмеченные на рисунке 1, характеризуются своими преобразовательными свойствами при операциях симметрии точечной группы, которые оставляют их волновой вектор неизменным (т. Е. Принадлежат к неприводимой представления небольшой группы их волнового вектора).

Помимо симметрии пространственной группы, симметрия относительно обращения времени также влияет на свойства кристалла и может вызвать дополнительные вырождения электронных состояний.В частности, с учетом спина электронов в кристалле с инверсионной симметрией (например, Si) при каждом волновом векторе k электронные состояния (по крайней мере) двукратно вырождены, поскольку состояние |, |, | k , ↑〉 со спином вверх вырождено с состоянием |, |, | - k , ↑〉 по инверсионной симметрии, а последнее вырождено с состоянием |, |, | k , ↓〉 по симметрии обращения времени.

0 comments on “Полупроводниковый элемент: полупроводниковый элемент — это… Что такое полупроводниковый элемент?

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *