Лекция 22.
Полупроводниковые
материалы
•Определения Полупроводники – материалы
(кристаллы, поликристаллические и аморфные материалы, элементы или соединения) с
существованием запрещенной зоны (между зоной проводимости и валентной зоной).
Следствие:
-полупроводники занимают промежуточное положение по электропроводности между металлами и диэлектриками; -электропроводность полупроводников падает при понижении температуры (у металлов обычно растет).
Типы полупроводников
В полупроводниках часто наблюдается смешанный тип химических связей: ковалентно-металлический, ионно-металлический и др. К ним
относятся многие химические элементы и химические соединения:
-простые вещества: германий, кремний; селен, теллур, бор, углерод, фосфор, сера, сурьма, мышьяк и др.;
-окислы и сульфиды многих металлов: NiO, Cu2O, CuO, CdO, PbS и др.;
-тройные соединения: CuSbSr, CuFeSe2, PbBiSe3 и др.; -твердые растворы GeSi, GaAs1-x Px и др.;
-органические красители и другие материалы: антрацен, фталоцианин, нафталин и другие.
Полупроводники могут быть жидкими или твердыми, кристаллическими или аморфными.
Виды полупроводников
Кристаллические полупроводниковые материалы
•Полупроводниковые материалы по структуре делятся на кристаллические, твердые, аморфные и жидкие, так же существуют полупроводниковые приборы и полупроводниковые приборы, которые классифицируют в зависимости от механизма работы и функционального назначения.
•Наибольшее практическое применение находят неорганические кристаллические полупроводниковые материалы, которые по химическому составу разделяются на следующие основные группы:
Элементарные полупроводники: Ge Si, углерод (алмаз и графит) Sn (серое олово), Te, Se. Важнейшие представители этой группы Ge и Si имеют кристаллическую решётку типа алмаза (алмазоподобны).
Соединения типа AIIIBV элементов III и V группы имеют в основном кристаллическую структуру типа сфалерита. Связь атомов в кристаллической решетке носит преимущественно ковалентный характер с некоторой долей (до 15%) ионной составляющей.
Соединения элементов VI группы (O, S, Se, Te) с элементами I- V групп. В обширной группе этих полупроводниковых материалов наибольший интерес представляют соединения типа AIIIBVI с кристаллической структурой типа сфалерита или вюрцита, реже типа NaCl.
Тройные соединения типа AIIBIVCV2 Они кристаллизуются в основном в решетке халькопирита. Обнаруживают магнитное и электрическое упорядочение. Образуют между собой твердые расплавы. Во многом являются электронными аналогами соединений типа AIIIBV. Типичные представители: CuLnSe2, CdSnAs2, CdGeAs2,ZnSnAs2.
Карбид кремния SiC - единственное химическое соединение, образуемое элементами IV группы. Обладает полупроводниковыми свойствами во всех структурных модификациях. Один из наиболее тугоплавких и широкозонных среди используемых полупроводниковых материалов.
Основные полупроводниковые приборы:
В настоящее время для |
|
выпрямления электрическогоДИОД |
|
тока в радиосхемах наряду с |
|
двухэлектродными лампами |
|
всё больше применяют |
|
полупроводниковые диоды, так |
|
как они обладают рядом |
|
преимуществ. Здесь отпадает |
|
необходимость источника |
|
энергии для получения |
|
носителей заряда. В сложных |
|
схемах экономия энергии, |
|
получается за счет этого, |
|
оказывается весьма |
|
значительной. Кроме того, |
|
полупроводниковые |
|
выпрямители при тех же |
|
значениях выпрямленного тока |
|
более миниатюрны, чем |
Рисунок 1 Устройство диода |
ламповые. |
|
Полупроводниковые диоды |
|
изготовляют из германия, |
|
Транзистор
•Транзистор - полупроводниковое устройство, которое состоит из двух областей с полупроводниками или типа, между которыми находится область с полупроводником -типа или -типа. Таким образом, в транзисторе есть две области перехода. Область кристалла между двумя переходами называют базой, а внешние области называют эмиттером и коллектором.
•Транзисторы заменяют электронные лампы, широко используются в технике.
Рисунок 2 Транзистор (этапы большого пути)
ФОТОЭЛЕМЕНТ
Фотоэлемент, электронный прибор, в котором в результате поглощения энергии падающего на него оптического излучения генерируется эдс (фотоэдс) или электрический ток (фототок). Действие Фотоэлемент основывается на фотоэлектронной эмиссии или фотоэффекте внутреннем.
Рисунок 3 Схематическое изображение фотоэлемента с внешним (а) и внутренним (б) фотоэффектом; К — фотокатод; А — анод; Ф — световой поток; n и p — области полупроводника с донорной и акцепторной примесями; Е — источник постоянного тока, служащий для создания в пространстве между К и А электрического поля, ускоряющего фотоэлектроны; Rн — нагрузка; пунктирной линией обозначен р — n-