Wergerandî yên lîdera. Types, properties, pêkanînên pratîk

Herî navdar li silicon semiconductor (Si) e. Lê belê ji bilî wî, gelek kesên din jî hene. Wergerandî xwezayî, materyalên semiconductor ne wek blende (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PBS) û gelek kesên din. Malbata lîdera, di nav de lîdera amade di taqîgehan, yek ji dersên cur bi cur herî materyalên zanîn ku zilam temsîla.

Characterization ji lîdera

nonmetals ji ku 13 - ji 104 hêman ji tabloya periyodîk de metalên 79, 25 de ne hêmanên kîmyayî xwediyê milkên semiconducting û 12 - dielectric. feature semiconductor sereke pêk tê li ku Gehînerî xwe bi zêdebûna germahiya zêde dibe girîng. Li Germiya low, ew çawa tevbigerin, wekî Insulators, û bilind de - wek conductors. Ev lîdera cuda ji metal in: berxwedana metal dadikevin bi zêdebûn û li germahîya zêde dike.

cudahiya din ji metal semiconductor de ew e ku berxwedana semiconductor kêm di bin bandora ronahiyê, di demekê de ku ro bi metal e, bandor ne. Jî li Gehînerî ji lîdera dema ji bo beşekê biçûk ji pîsîtî bi rêve jî diguhure.

Semiconductors bi nav compounds kîmyewî bi strukturên cama cuda dîtin. Ev dikarin bibin hêmanên wek silicon û Sosyal, an compounds cot wek arsenide gallium. Gelek compounds organîk, wek polyacetylene, (CH) _n, - materyalên semiconductor. lîdera Hin di pêşangehekê de magnetic (Cd _1-x Mn _x Te) an milkên ferroelectric (SbSI). Other alloying bi superconductors têra xwe bibe (Gete û SrTiO _3). Gelek ji wan ên superconductors-tîna bilind de ji nû heye qonaxa metallic semiconducting. Ji bo nimûne, La ₂ ren ₄ a semiconductor e, di heman demê de ji bo avakirina alloy bi Sr sverhrovodnikom dibe (La _1-x Sr _{x) 2} ren _4.

pirtûkên fîzîkê bide pênase wek maddî semiconductor ya bi resistivity elektrîkê yên ji 10 ^-4 10 ⁷ Ohms · m. Dibe ku pênase alternatîf. Ew bi firehiya band qedexe yên semiconductor - ji 0 heta 3 eV. Metalên û semimetals - a maddî bi zero gap enerjî, û cismê in ku ev zêdeyî Insulators W eV kir. ye îstîsna ne. Ji bo nimûne, elmas semiconductor berfireh qedexe zone 6 eV, a nîv-însûlekirin gwÿdd - 1,5 eV. Gan, a madî ji bo cîhazên Optoelectronic li herêmê şîn, heye width band qedexe yên 3.5 eV.

Ferqa di warê enerjiyê de

orbitals Valence ji atoman li lattice cama ya bi nav du komên astên enerjiyê de dabeş -, herêmek azad, ko di asta bilind de, û destnîşan Gehînerî elektrîkê ya lîdera, û band Valence de, li jêr. Van astan de, li gor û bêîfade ne û ji avaniya lattice krîstal û dikarin atoman hev an ji hev û din di bernameya. Di doza ro e an gap enerjî, an jî bi gotineke din, di navbera herêmên band qedexe heye.

The location û asta berdêlî de ji aliyê taybetiyên parê yên maddî destnîşankirin. Li gorî vê funksîyonê hilikeka dabeş ji aliyê conductors, Insulators, û lîdera. Ew bi firehiya band qedexe yên semiconductor 0.01-3 eV, ku ferqa di enerjiyê yên dielectric ji 3 eV jî diguhure. Metalên ji ber ku sînora di astên kêmaniyên enerjiyê ne.

Semiconductors û Insulators, berevajî metalên, di elektronan bi band Valence û ya herî nêzîk li herêma azad, an band conduction tije, enerjî Valence e ku ji civakbûnê zadî - beşek ji enerjîya qedexe elektronan.

Di dielectrics enerjiya termal an jî qada elektrîkê marjînal e, bes ji bo ku jump bi rêya vê valatiyê ne, ji elektronan pêrgî band conduction de ne. Ew nikarin bi rêya lattice krîstal di bar in û kêmxwînî ya niha elektrîkê bibe.

To dewrê de Gehînerî elektrîkê, û elektronek di asta Valence, divê ku enerjî, ku dê bes be ji bo jiholêrakirina ferqa di warê enerjiyê de bê dayîn. Tenê dema ku meblexa ji hidûdên enerjiyê e kêmtir ji nirxê gap enerjiyê ne, wê ji asta û elektronek Valence li ser asta conduction re derbas dibin.

Di vê rewşê de, eger width ji ferqa di warê enerjiyê de zêdeyî 4 eV, Gehînerî semiconductor Tîrêjkirin Kahîn an germkirinê hema hema ne mumkin e - enerjî Kahîn yên elektronan di tîna melting e xwe avête ferqa di warê enerjiyê de bi rêya herêma têra xwe ne. Dema tenûrê, di krîstala ber Gehînerî elektronîk heliya. Wiha madeyên de quartz (de = 5,2 eV), diamond (de = 5,1 eV), xwê gelek.

Extrinsic û giringiya semiconductor Gehînerî

crystals semiconductor Net heye Gehînerî aştîperest. Wiha lîdera navên xwerû ne. semiconductor wan yên hundirîn bi dihewîne hejmara wekhev yên kunên û elektronan herwe ne. Dema germkirinê, Gehînerî aştîperest ji lîdera zêde dibe. Di tîna berdewam e, rewşa ji meblexa, balansên dînamîk ên generated cotên electron-hole û hejmara recombining elektron û di kunên, ku di bin van şert û berdewam li wir bimînin.

Hebûna ÿgir zemîna Gehînerî elektrîkê ya lîdera bandorê. Zêdekirin dide wan gelek zêdekirina hejmara elektronan free li hejmareke piçûk ên di kunên û hejmareka zêdetir ya di kunên bi hejmareke piçûk a elektronan li asta conduction de. lîdera çavbirçîtî - li conductors ku Gehînerî çavbirçîtî ya.

Qir'êj bi hêsanî alîkariya darayî bo elektronan bi navê diguherînin. ÿgir Donor dikarin bibin hêmanên kîmyayî bi atoman, astên Valence ya ku tê de elektronan zêdetir ji atoman û materyalên li baregeha. Ji bo nimûne, phosphorus û bismuth - a ÿgir donor silicon.

The enerjiya pêwîst bo jump ji elektronek li herêmê conduction de, ji enerjiya activation kir. semiconductor çavbirçîtî divê gelek kêmtir ji bilî maddî bingehîn. Bi germkirina sivik, an ronahî bi piranî elektronan ji atoman ji lîdera çavbirçîtî li azad. Cîyê derket atom digire an hole û elektronek. Lê recombination hole û elektronek nade cihê xwe ne. Gehînerî hole donor marjînal e. Ev e ji ber ku çenek ji atoman çavbirçîtî destûrê nadin elektronan free caran ji hole nêzîktir û ji bo ev bigirin. Elektronê hin kunên in, lê nikarin ji wan re tije ne ji ber ku asta enerjî têrê nake.

A dariştinê sivik donor çavbirçîtî her çend fermanên hejmara elektronan conduction, nisbet bi hejmara elektronan free di semiconductor giringiya zêde dike. Elektronê here - hilgirên sereke yên doz atomî ya lîdera çavbirçîtî. Ev madeyên aîdî n-type lîdera.

Ÿgir ku girêdin elektronan ji semiconductor, zêdekirina hejmara kunên di wê de, navê acceptor. ÿgir Acceptor hêmanên kîmyayî bi hejmareke biçûk ji elektronan li asta Valence ji base ji semiconductor in. Boron, gallium, indium - çavbirçîtî acceptor li silicon.

Taybetiyên ya semiconductor girêdayî kêmasî avahiya cama wê ne. Ev dibe sedema ku pêdivî bi her diçe crystals gelekî safî. The Parametreyên ji conduction semiconductor ji aliyê bilî yên dopants kontrolkirin. crystals Silicon doped bi phosphorus (element dikeve) e ku xwe diguherînin ji bo afirandina silicon cama n-type. Ji bo krîstal bi acceptor boron p-type silicon bi rêvebirin. Semiconductors qerebokirin asta Fermi bardikî nav navîn yên band gap ya bi vî awayî tên afirandin.

lîdera single-element

The semiconductor herî normal e, bê guman, silicon. Bi hev re bi Almanya, ew prototîpa a class mezin ji lîdera ku strukturên krîstalî jî wisa bû.

cama ji rêzê Si û Ge, heman wekî ku ji diamond û α-tin e. Ev dora her atom 4 herî nêzîk atoman ku bişê tetrahedron. Wiha koordînasyona çar caran tê gotin. Crystals tetradricheskoy bond base pola ji bo pîşesazîya elektronîk û roleke sereke di teknolojiya modern de bilîze. Hin ji yên ku elemanên û VI ya koma sifrê dewrî jî lîdera in. Mînakên bi vî rengî, ji lîdera - phosphorus (P), sulfur (S), Sosyal (Se) û tellurium (Te). Ev lîdera Dibe ku atoman peyvine (P), disubstituted (S, Se, Te) an a koordînasyona çar-qatî. Di encama van hêmanan dikarin di çend avahiyên kirîstalî cuda hene, û her weha li ser form of cam de bên amadekirin. Ji bo nimûne, Se di strukturên cama monoclinic û trigonal an wek lapereyek (ku ew jî dikarin wek polîmer tê hesibandin) bûye.

- Diamond heye Gehînerî baş termalê, milkên mekanîk û êlmanî baş, hêza mekanîk bilind. Ew bi firehiya gap enerjiyê - de = 5,47 eV.

- Silicon - semiconductor bikaranîn, di hucreyên rojî, û form şikil, - di hucreyên rojî tenik-film. Ev e ya herî zêde di hucreyên rojî semiconductor bikaranîn, bi hêsanî manufacture, xwedî milkên elektrîkê û mekanîk, baş. de = 1,12 eV.

- Germanium - semiconductor bikaranîn di Erka gamma-ray, hucreyên rojî performansa bilind. Bikaranîn di diodes yekem û transistors. Ev pêwîstî bi paqijî kêmtir ji silicon. de = 0,67 eV.

- Sosyal - a semiconductor, ku di rectifiers Sosyal ya ku berxwedana tîna bilind û şiyana xwe bi xwe qenc bike tê bikaranîn.

compounds du-element

Properties ji Semiconductors avakirin hêmanên 3 û 4 ji komên mase bişibînin milkên ji compounds 4 komên. Derbasbûna ji 4 koman ji hêmanên bo hevedudanî 3-4 gr. Ev jî ragihandinê de diqewime, ji ber ku dihîne elektronan transport pere ji atom bi atom 3 Group 4 Group. Ionicity changes taybetiyên lîdera. Ev dibe sedema zêdebûna di Coulomb enerjî û ion-ion interaction gap enerjiyê avahiya band û elektronek. MÎNAK compounds binary vê type - antimonide indium, InSb, gwÿdd gallium arsenide, gallium antimonide GaSb, indium phosphide INP, antimonide bafûn AlSb, gallium phosphide Gap.

Ionicity bilind dibe û nirxa wê ya komên din li compounds mezin dibe 2-6 compounds, wek selenide cadmium, pirrjimar zinc, pirrjimar cadmium, Telluride cadmium, selenide zinc. Di encama vê çalakiyê de, piraniya compounds 2-6 komên ji 1 eV qedexe band firehtir, ji bilî compounds mercury. Mercury Telluride - bê enerjî semiconductor gap, nîv-metal, wek α-tin.

Semiconductors 2-6 komên bi bikaranîna emź gap enerjiyê mezintir di hilberînê yên taximê û displays. komên Binary 6 2-, terkîb bi enerjîyê gap tengkirin, ji bo Iraqê Infrared. compounds Binary ji hêmanên komên 1-7 (CuBr cuprous bromî, Agi yodura zîv, chloride sifir CuCl) ji ber ku ionicity bilind heye firehtir bandgap W eV. Ew di rastiyê de lîdera ne, û Insulators. mezinbûna Crystal bi- enerjiyê ji ber Coulomb interaction interionic bo avakirina atoman avakirin , xwêya bi fermana şeşan de, li şûna li ser çarkunc koordînekirin. Jê 4-6 komên - pirrjimar, Telluride lead, tin pirrjimar - wek lîdera. Ionicity ji van madeyên bi pistgiriya koordînasyona damezrandina muqeyesekirinê de. Çiqas ionicity li ber wan heye a kêmaniyên band pir teng bixwe ne, ew dikarin ji bo standina tîrêjên Infrared bikaranîn. Gallium nitride - a komên dikere 3-5 bi valahiyek enerjiyê berfireh bibîne, serlêdana li taximê semiconductor û diodes ronahiya-.Magnus yên ku, li beşek şîn li Panelîst.

- gwÿdd, gallium arsenide - li ser daxwazê, piştî ku semiconductor silicon duyemîn bi gelemperî, wek substrate ji bo yên din conductors,,,, ji bo nimûne, GaInNAs û InGaAs li Infrared setodiodah, transistors frequency bilind û tilyakê, hucreyên rojî pir efektîv, diodes laser, rêk zutirin navokî. de = 1,43 eV, ku nûtirîn cîhazên hêza wek rêje bi silicon. Degera, dihewîne ÿgir zêdetir zehmet manufacture.

- ZnS, zinc pirrjimar - xwê zinc ji sulphide hydrogen bi deverên band qedexe û 3.54 3.91 eV, bikaranîn, di taximê û wek phosphor.

- SnS, tin pirrjimar - semiconductor bikaranîn li photoresistors û photodiodes, dE = 1,3 û 10 eV.

oxides

The oxides metal tercîhkirin Insulators baş in, di heman demê de ye îstîsna ne. Mînakên bi vî rengî, ji lîdera - oxide nîkel, oxide sifir, oxide kobalt, karbondîoksîtê sifir, oxide hesin, oxide europium, oxide zinc. Ji ber karbondîoksîtê sifir wek cuprite madenî heye, milkên xwe Xên bûn. Pêvajoya kirarî ya ji bo çandiniya vê type of semiconductor e ne hê bi temamî zelal, da bikaranîna wan e, hîna jî bi sînor. An ji bilî oxide zinc (ZnO), komên dikere 2-6, wekî transducer û ya li hilberîna qaset û hişk dibe û plasters bikaranîn e.

Rewşa dramatîk guhertin piştî superconductivity li gelek compounds ji sifir bi oksîjenê hat dîtin. The yekem superconductor tîna bilind de veke fîzîka û Muller, hat semiconductor dikere li La ₂ ren _4, ku ferqa di enerjî ji 2 eV bingeha. Dêlva divalent trivalent lanthanum, barium an strontium, nasandin nav hilgirên pere semiconductor ji kunên. Bi destxistina giranîya hole pêwîst jî La ₂ ren ₄ superconductor. Di vê demê de, herî bilind germahiya derbazî dewleta superconducting perçeyeke ji xanîyê HgBaCa ₂ Cu ₃ ya _8. Li tansiyona bilind, nirxê wê 134 K. e

ZnO, varistor oxide zinc tê bikaranîn, blue diodes ronahiya-.Magnus, sensors gazê, sensors biyolojîk, Coatings windows ji bo roniyê ronahî Infrared, wek conductor li displays LCD û pîlên rojê. de = 3.37 eV.

crystals qat

compounds Double wek lead diiodide, selenide gallium û disulphide molîbden cuda avahiya cama qat. The heb zincîr Lêkolîn hêza girîng, pirr xurtir in ji van der Waals pêwendîyan di navbera tebeqeyên xwe. Semiconductors wisa type balkêş in, ji ber ku elektronan li kêmxwendî xuyan ku-du-alî hereket bike. Ma Nimite ji kêmxwendî, bi pêşkêşkirina atoman li derveyî guhert - intercalation.

Narek _2, disulfide molîbden di rêk frequency bilind, rectifiers, memristor, transistors bikaranîn. de = 1,23 û 1.8 eV.

lîdera organîk

Wergerandî yên lîdera li ser bingeha compounds organîk - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. lîdera organîk xwedî avantajeke ser non-organîk: ku hêsan tên kirina qalîteya xwestin. Maddeyên bi zincîrên conjugate avakirina = -C = C-C xwediyê girîng optîk non-linearity û, ji ber vê, li optoelectronics Bûrsayê dan. Ser de jî, enerjîya ku band gap, terkîb semiconductor organîk yên formula guhertin guhertina ku pir hêsantir e ku, ji lîdera adetî. allotropes Crystalline ji fullerenes karbonê, graphene, nano - bi lîdera.

- Fullerene heye avahiya di form of a ugleoroda polyhedron convex girtî heta hejmara atoman. A dopîngê fullerene C ₆₀ bi metal alkali ev sûretê nav a superconductor.

- layer monoatomic graphite carbon avakirin ye, di lattice hexagonal du-alî ve girêdayî ye. Record heye Gehînerî û qewîkirina electron de, rigidity bilind

- nano bi nav a plakaya tube graphite hebûna diameter yên çend nanometreyî gêrkirin. Ev formên karbon heye soza mezin di nanoelectronics. Her yek li gor Coupling Dibe ku metallic an semiconductor quality.

lîdera magnetic

Jê bi nebûbûn, magnetic ji europium û mangan xwedî milkên magnetic û semiconducting meraq. Mînakên bi vî rengî, ji lîdera - pirrjimar europium, europium selenide û çareseriyên solid, wisa Cd _1-x Mn _x Te. Naveroka nebûbûn, magnetic bandorê li herdu madeyên di pêşangehekê de milkên magnetic wek ferromagnetism û antiferromagnetism. lîdera Semimagnetic - a giran magnetic lîdera çareseriyên ku tên bikaranîn nebûbûn, magnetic li giranîya kêm e. Bi vî rengî çareserî solid cezb bala dix- xwe û potansiyela mezin sepanên gengaz. Ji bo nimûne, li berevajî lîdera non-magnetic, ew dikare mîlyon caran mezintir rotation Faraday bigihîne.

bandorên magnetooptical xurt ji lîdera magnetic rê bikaranîna wan ji bo modulation êlmanî. Perovskites, wek Mn _0,7 Ca _0,3 O _3, milkên xwe Pêdeçûnê ji bo derbasbûna metal-semiconductor, ku, girêdana rasterast li ser encamên ko zeviya magnetîsî li ser fenomena giant magneto-resistivity in. Ew di radyo, cîhazên optîk e, bi ya ku ji aliyê zeviyê magnetic, a cîhazên waveguide mîkro bin kontrola bikaranîn.

ferroelectrics semiconductor

Ev crystals type bi amadebûna di demên electric xwe û parastina xuyanîbûna vê dubendîyê spontan bilêv. Ji bo nimûne, wisa taybetiyên in lîdera rê titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, Telluride germanium, Gete, tin Telluride SnTe, ku li Germiya kêm xwedî milkên ferroelectric. Ev materyal li nonlinear optîk, sensors piezoelectric û cîhazên bîra bikaranîn.

A cîhêreng ên ji madeyên semiconductor

Li gel materyalên semiconductor li jor gotî, gelek kesên din, ku ji wan di bin yek ji van cureyên bikevin ne jî hene. Jê yên formula 1-3-5 hêmanên ₂ (AgGaS ₂₎ û 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ avaniya cama chalcopyrite avakirin. Têkilî compounds tetrahedral lîdera analogous 3-5 û 2-6 de komên bi zinc avahiya cama blende. Jê ku avakirina hêmanên semiconductor 5 û 6 komên (similar to Wek ₂ Se _3), - li semiconductor di form of cama an glass. Chalcogenides ji bismuth û antimony bi li generators semiconductor thermoelectric bikaranîn. Taybetiyên vê type of semiconductor e gelek balkêş e, lê ew populerbûna ji ber ku sepan bi sînor bi dest ne. Lê belê, ji ber ku ew tune, piştrast dike ku, hebûna hê bi temamî lêkolîn warê fîzîkê de semiconductor ne.