Yarıiletkenlerin örnekleri. Çeşitleri, özellikleri, pratik uygulamaları

en ünlü yarı iletken silikon (Si) 'dir. Ama bunun dışında ondan, diğerleri vardır. Örnek olarak doğal, yarı iletken malzemelerdir blend (ZnS), Kuprit _(Cu2 O), galenit (PBS) ve bir çok diğerleri gibi. Laboratuarlannda hazırlandı yarı iletkenler de dahil olmak üzere yarı iletken ailesi, insana bilinen malzemelerin çok çeşitli sınıflardan biri temsil eder.

yarıiletkenlerin karakterizasyonu

13 olan ametaller - Periyodik Tablonun 104 elementlerin metaller 79, 25 olan kimyasal elementler dielektrik - yarı iletken özelliklere ve 12 sahiptir. Ana yarı iletken özelliği, iletkenlik artan sıcaklık ile önemli ölçüde artar oluşur. iletkenler olarak - Düşük sıcaklıklarda, onlar izolatör gibi ve yüksek at davranırlar. Bu yarı iletken metal farklıdır: metal dirençli sıcaklığında artışa orantılı olarak artar.

yarı-iletken metal bir başka ise ikincisi metal etkilenmemişken yarı iletken direnci, ışık etkisi altında azalır olmasıdır. safsızlık küçük bir miktarı ile tatbik edildiğinde, aynı zamanda yarı iletken iletkenliği değişir.

İletkenler farklı kristal yapıları kimyasal bileşikler arasında bulunur. Bu silikon ve selenyum veya galyum arsenit gibi çift bileşikleri gibi elemanlar olabilir. Poliasetilen olarak Pek çok organik bileşik, (CH) _n-, - yarı iletken malzemeler. Bazı yarı iletkenler manyetik (Cd _1-x Mn _x Te) ya da ferroelektrik özellikleri (SBSI) bulunmaktadır. Diğer yeterli hale süper iletkenler (Gete ve SrTiO ₃₎ ile _alaşım. yeni keşfedilen, yüksek sıcaklık süper iletkenler birçok metalik iletken fazı vardır. Örneğin, La ₂ CuO ₄ bir yan-iletken, ancak Sr alaşımı oluşumu (La _1-x Sr _{x) 2,} CuO ₄ sverhrovodnikom _olur.

Fizik ders kitapları 10 ^-4 10 ⁷ ohm · m elektriksel dirence sahip yarı-iletken malzeme olarak tanımını sağlar. Belki de, alternatif bir tanım. 0 ila 3 eV - yarı iletken yasak bant genişliği. Metaller ve yarı metal - sıfır enerji boşluğu ve W eV adı yalıtkanlar aştığı madde ile bir materyal. istisnalar vardır. 1,5 eV - Örneğin, bir yarı-iletken elmas geniş yasak bölge 6 eV, bir yarı-yalıtkan GaAs sahiptir. GaN, mavi bölgedeki optoelektronik aygıtlar için bir madde, 3.5 eV yasak bant genişliğine sahiptir.

enerji farkı

kristal kafes içinde atomlarının valans orbitalleri enerji düzeyleri iki gruba ayrılır - serbest bölge, en üst düzeyde yer alan ve aşağıda, yarı iletkenler elektriksel iletkenlik ve valans bandı belirler. Bu seviyeler, kristal kafes yapısında ve atomların simetri bağlı kesişebilir veya birbirinden aralıklı. Bu ikinci durumda yasak bant bölgeleri arasında bir enerji boşluğuna ya da diğer bir deyişle, orada.

Yer ve dolum seviyesi malzemesinin iletken özellikleri ile belirlenir. iletkenler, izolatörler ve yarı iletkenler bölünmesi bu özellik maddeye göre. yarı iletken yasak bant genişliği 0.01-3 eV, 3 eV'den daha dielektrik enerji boşluğu değişir. nedeniyle enerji aralıkları seviyelerinin örtüşmeye metaller değildir.

İletkenler ve yalıtkanlar, metaller aksine, elektronlar valans bandı ve en yakın serbest bölge ya da iletim bandı doldurulur, valans enerji yırtılmasından çit - elektron yasak enerjilerin bölümü.

dielektrikler termal enerji ya da gözardı edilebilir bir elektrik alanı, bu boşluk boyunca atlama yapmak için yeterli değildir, elektron iletim bandına tabi değildir. Onlar kristal kafesinin üzerinde hareket edemiyoruz ve elektrik akımı taşıyıcı olurlar.

Elektrik iletkenliği enerji için, değerlik seviyesindeki bir elektron enerji boşluğu üstesinden gelmek için yeterli olacaktır enerji verilmelidir. enerji emme miktarı, enerji boşluğunun değerinden daha küçük olmayan olduğu zaman, iletim düzeyde valans elektron seviyesinden geçirecektir.

enerji boşluğunun genişliği 4 eV aşması durumunda bu durumda, iletkenlik, yarı iletken uyarım radyasyon ya da ısıtma neredeyse imkansız - erime sıcaklığında elektron uyarım enerji bölümü içinden enerji boşluğu atlamak için yeterli değildir. ısıtıldığında, kristal elektronik iletkenliği önce erir. Bu tür maddeler, (dE 5,2 eV =), elmas (dE 5,1 eV =) birçok tuzları kuvars içerir.

Dış ve iç yarı iletken iletkenlik

Net yarı iletken kristaller içsel iletkenliğe sahiptir. Böyle yarı iletkenler uygun isimler. İçsel yarı iletken delikleri ve serbest elektronların eşit sayıda içerir. yarı iletken artar içsel iletkenliği ısıtırken. Sabit sıcaklıkta, dinamik denge üretilen elektron-delik çiftleri miktarına ve bu şartlar altında sabit kalır rekombine elektron ve delik sayısının bir durum söz konusu değildir.

safsızlıkların varlığı ile yarı iletken elektriksel iletkenliğini etkiler. ekleyerek büyük ölçüde deliklerin az sayıda serbest elektron sayısının artırılması ve iletim düzeyi elektron az sayıda delik sayısının artırılması sağlar. Safsızlık yarı iletkenler - saf olmayan iletkenliğe sahip iletkenler.

Yabancı maddeler kolaylıkla bağış elektron verici olarak adlandırılır edilir. Verici yabancı maddeler atomu, baz malzeme atomu daha fazla elektronlar içeren değerlikli seviyeleri ile kimyasal elemanlar olabilir. bir silikon verici yabancı - Örnek, fosfor ve bizmut için.

iletim bölgede bir elektronun atlamak için gerekli enerji, aktivasyon enerjisi olarak adlandırılır. Safsızlık yarı iletken ana madde daha bunun çok daha az gerekir. hafif ısıtma ya da ışık ile esas olarak saf olmayan yarı iletkenler atom elektron serbest bıraktı. atomu bir elektron delik alır sol yerleştirin. Ama elektron oyuk yeniden meydana almaz. verici delik iletkenliği göz ardı edilebilir. kirlilik atomlarının az miktarda delik serbest elektronlar genellikle daha yakın izin vermez ve onu tutmak için olmasıdır. Elektronlar bazı delikler vardır, ancak yetersiz enerji seviyesine onları doldurmak mümkün değildir.

Hafif bir katkı maddesi verici saf olmayan birkaç kat iç yarı iletken serbest elektron sayısına kıyasla iletim elektron sayısı artar. Burada Elektronlar - kirlilik yarı iletkenlerin atomik suçlamaların ana taşıyıcıları. Bu maddeler, n-tipi yarı iletken aittir.

İçinde, delik sayısının artırılması yarı iletken elektronları bağlanan safsızlıklar, akseptör olarak adlandırılan. Alıcı yabancı maddeler yarı iletken tabanından daha valans seviyesine elektronların daha küçük bir sayı ile kimyasal elementler vardır. Bor, galyum, indiyum - silikon alıcı yabancı madde.

yarı iletken özellikleri kristal yapılarının kusurlarının bağlıdır. Bu son derece saf kristallerin büyütülmesi gerekliliğini neden olur. Yarı iletken iletim parametreleri katkı maddelerinin eklenmesi ile kontrol edilir. Kristal silikon n-tipi oluşturmak için bir verici olup fosfor (V alt grubu elemanı) ile takviye edilmiş silikon kristaller. bir p-tipi silikon uygulanan bor kabul edici ile kristal için. Yarı iletkenler bu şekilde oluşturulan bant boşluğu ortasına taşımak için Fermi seviyesini telafi.

tek öğeli yarı iletkenler

En yaygın yan iletken silicon, tabii ki,. Birlikte Almanya ile, o benzer kristal yapılara sahip yarı iletkenler büyük bir sınıfın prototip oldu.

Yapı kristal Si ve Ge elmas ve α-kalay ile aynıdır. Bu tetrahedron oluşturan her bir atom 4 yakın atomuna çevreler. Böyle koordinasyon dört kez denir. Kristaller elektronik endüstrisi için tetradricheskoy bağ çelik taban ve modern teknolojinin önemli bir rol oynamaktadır. elemanları V ve periyodik tablo grubunun VI bazıları da yarı iletken. Fosfor (P), kükürt (S), selenyum (Se), ve tellür (Te) - yarı iletken bu tip örnekler. Bu yarı iletkenler üç atomu (P), di-ornatılmış (S, Se, Te) ya da dört kat koordinasyon olabilir. Bunun bir sonucu olarak, bu elemanlar, birkaç farklı kristal yapılarda mevcut olabilir, ve aynı zamanda cam formunda hazırlanabilir. Örneğin, Se monoklinik ve köşeli kristal yapılarında ya da (aynı zamanda bir polimer olarak kabul edilebilir) bir pencere olarak yetiştirilir.

- elmas mükemmel ısı iletkenliği, mükemmel mekanik ve optik özellikleri, yüksek bir mekanik mukavemete sahiptir. enerji boşluğunun genişliği - dE 5,47 eV =.

- Silisyum - ince film güneş hücreleri - Güneş hücreleri ve amorf formda, kullanılan yarıiletken. Bu, en çok, üretimi kolay, yarı iletken güneş pillerinde kullanılan, iyi elektriksel ve mekanik özellikleri vardır. dE 1,12 eV =.

- Germanyum - gama-ışını spektroskopi, yüksek performanslı güneş hücreleri kullanılan yarıiletken. İlk diyot ve transistörlerin kullanılır. Bu silikon daha az temizlik gerektiren. dE 0,67 eV =.

- Selenyum - yüksek radyasyon direnci ve kendini iyileştirme yeteneğine sahip olan selenyum redresör kullanılan bir yarı iletken.

İki eleman bileşikleri

Yarı iletken öğelen 3 ve periyodik tablo gruplarının 4 özellikleri benzer bileşiklerin özelliklerini 4 grup. elemanları 4 grup geçiş 3-4 gr bileşiklere uygulanabilir. Bir atomu iyonik yük iletim elektron 3 Grup 4 Grup atom için kısmen, iletişim sağlar. Iyonikliğe yarı iletkenler özelliklerini değiştirir. Bu Coulomb enerjisi ve iyon-iyon etkileşimi enerji boşluğuna elektron bant yapısında bir artışa neden olur. Bu tip Örnek ikili bileşikleri, - indiyum antimonide, InSb, galyum arsenit GaAs, galyum antimonide GaSb, indiyum fosfit InP, alüminyum antimonide Şu da, galyum fosfit boşluk.

Iyonikliğe artar ve değeri, bileşiklerin daha fazla grup büyüdükçe, örneğin kadmiyum selenit, çinko sülfür, kadmiyum sülfit, kadmiyum tellür, çinko selenid olarak 2-6 bileşikleri bulunmaktadır. Bunun bir sonucu olarak, bileşiklerin çoğunluğu 2-6 grup cıva bileşikleri hariç 1 eV daha geniş bant yasak. Cıva Telluride - α-kalay gibi enerji boşluğuna yarı iletken, yarı metal olmadan.

Yarı iletkenler lazerler ve ekranların üretiminde daha büyük bir enerji açığı bulmak kullanımı ile 2-6 grupları. İkili gruplar kızılötesi alıcı için uygun olan dar bir boşluk enerjisine sahip 6 2- bileşik. nedeniyle yüksek iyonikliğe grup 1-7 (bakır bromid CuBr, AGI, gümüş iyodür, bakır klorür CuCl) elemanlarının ikili bileşikleri, daha geniş bir bant aralığı B eV sahiptir. Onlar aslında yarı-iletkenleri ve izolatörleri yapmak. nedeniyle Coulomb İyonlar etkileşim enerjisini tespit kristal büyümesi yapılanma atomuna kolaylaştırır tuzu karesel koordinat yerine, altıncı sırası ile. Bileşikler 4-6 grup - sülfit, kurşun tellür, çinko sülfür - yarı iletken olarak. Bu maddelerin iyonikliğe da oluşumu altı kat koordinasyonu teşvik etmektedir. bir çok dar bant boşluklar mevcut olmasını engellemez iyonikliğe çok, bu kızılötesi radyasyon alınması için kullanılabilir. Galyum nitrür - bir bileşik grupları, 3-5 geniş enerji boşluğu ile, uygulama alanı bulur , yarı iletken lazerler ve spektrumun mavi kısmında çalışan ışık yayan diyotlar.

- GaAs, galyum arsenit - ikinci silikon yarı iletken sonra isteğe bağlı olarak yaygın setodiodah kızılötesi, yüksek frekans transistörleri ve IC, yüksek verimli güneş hücreleri, lazer diyotları, nükleer tedavi detektör olarak, örneğin, GaInNAs ve InGaAs için, diğer iletkenler için bir alt-tabaka olarak kullanılmaktadır. dE silikon kıyasla güç aygıtları geliştirir 1,43 eV, =. Gevrek, üretimi zordur fazla katkı maddesi içerir.

- ZnS, çinko sülfür, - lazer ve bir fosfor olarak kullanılan yasak bant bölgeleri ve 3.54 3.91 eV, hidrojen sülfidin çinko tuzudur.

- SNS, kalay sülfür - Fotodirençler ve fotodiyotlar kullanılan yarı iletken, DE = 1,3 ve 10 eV olur.

oksitleri

metal oksitler tercihen mükemmel izolasyonu, ancak istisnalar vardır. nikel oksit, bakır oksit, kobalt oksit, bakır dioksit, demir oksit, öropyum oksit, çinko oksit - yarı iletken bu tip örnekler. Bakır dioksit, mineral Kuprit olarak bulunduğu için, özellikleri yoğun çalışmalar yapılmıştır. Yarı iletken bu tip bir yetiştirme prosedürü henüz tam olarak açık değildir, bu nedenle bunların kullanımı hala sınırlıdır. Bir istisna dönüştürücüsü olarak ve yapıştırıcı bantlar ve sıvaların üretiminde kullanılan çinko oksit (ZnO), bileşik grupları 2-6 vardır.

süper-iletkenlik oksijen ile bakır birçok bileşik keşfedilmiştir sonra durum önemli ölçüde değiştirilebilir. birinci yüksek sıcaklık süper-iletken Bednorz ve Muller açık, La ₂ CuO _4, 2 eV enerji boşluğuna bileşik yarı iletken dayanıyordu. deliklerin yarı iletken yük taşıyıcı içine iki değerlikli, üç değerlikli lantan, baryum veya stronsiyum, ikame edilerek kullanılmıştır. Gerekli delik konsantrasyonunu sağlanması La ₂ CuO ₄ süper iletkeni yapar. Şu anda, süper-iletken duruma geçiş sıcaklığının en yüksek olduğu HgBaCa ₂ Cu ₃ O ₈ bileşik _aittir. yüksek basınçta, değeri 134 K.

ZnO, çinko oksit varistör LCD ekranlar ve güneş pilleri bir iletken olarak, kızılötesi ışığı yansıtmak için mavi ışık yayan diyotlar, gaz sensörleri, biyolojik sensörler, kaplamalar pencereler kullanılmaktadır. dE 3.37 eV =.

tabakalı kristaller

Diiyodür kurşun, galyum selenit ve molibden disülfit gibi çift bileşikler tabakalı bir kristal yapısı farklıdır. katmanlardır kovalent bağlar tabakalar kendileri arasındaki van der Waals bağları çok daha güçlü çok güçlü olduğu,. Elektronların quasi-iki boyutlu katmanları davranmaya çünkü böyle tip Yarı iletkenler ilginçtir. tabakaların etkileşimi dışında atomuna getirilmesi yolu ile değiştirilebilir - birleşmesini.

_MoS2, molibden disülfit, yüksek frekanslı detektörleri, redresörler, memristor transistor kullanılmaktadır. dE 1,23 ve 1,8 eV =.

organik yarı iletkenler

naftalen, poliaselilen _{(CH2) n-,} antrasen, polydiacetylene, ftalotsianidy, polivinilkarbozolü - organik bileşikler olarak yarı iletkenler örnekler. Organik yarı iletkenler, organik olmayan bir avantajı vardır: istenilen kalitede vermek için kolaydır. konjügat bağları olan maddeler, -C = C-C = uygulanan optoelektronik, bu yüzden, büyük bir optik doğrusalsızlık sahiptir ve oluşturur. Ayrıca, formül I enerji bant boşluk organik yarı-iletken bileşik geleneksel yarı iletken daha çok daha kolay bir değişiklik değişir. Ayrıca yarı iletkenler - karbon fullerenler, grafen, nanotüpler Kristal allotroplarıdır.

- Fulleren kapalı bir konveks polihedron ugleoroda atomlu çift sayı şeklindeki bir yapıya sahiptir. bir alkali metal ile bir katkılama fulleren Cı ₆₀ süperiletken dönüştürür.

- grafit karbon tek atomlu bir tabaka oluşturulur, iki boyutlu bir altıgen kafes içinde bağlanır. Tutanak iletkenlik ve elektron hareketliliği, yüksek sertliğe sahip olduğu

- Nanotupler birkaç nanometre arasında bir çapa sahip olan bir boru grafit plakaya alınır. karbonun Bu formlar nanoelektronik büyük umutlar var. bağlama bağlı olarak, metalik ya da yarı-iletken kalitesi olabilir.

manyetik yarı iletkenler

öporyum ve manganez manyetik iyonların sahip bileşikler ilginç manyetik ve yarı iletken özelliklere sahiptir. yarı iletken tipi örnekleri arasında, - evropiyum sülfid, selenid europyum ve katı çözeltiler, örneğin CD _1-x Mn _x Te. manyetik iyonların miktarı her iki madde, örneğin Ferromanyetizim ve antiferromanyetizma gibi manyetik özellikler sergiler etkiler. Semimagnetic yarıiletkenler - düşük konsantrasyonda manyetik iyonları içeren bir sert manyetik yarı iletkenler çözümdür. Böyle katı çözümleri umudu ve olası uygulamalar büyük potansiyeli dikkatini çekmek. Örneğin, manyetik olmayan yarı iletkenler aksine da bir milyon kat daha büyük Faraday rotasyonu ulaşabilir.

Manyetik yarıiletkenlerin güçlü manyeto- optik etkileri, optik modülasyonu için kullanımlarını sağlar. Perovskit, Mn _0,7 Ca _0,3 O _{3 gibi,} özellikleri, metal iletken geçiş, dev manyeto-özdirenç fenomeninde Manyetik alanın doğrudan bağımlılık daha üstündür. Onlar bir manyetik alan, bir mikrodalga dalga kılavuzu cihazları ile kontrol edilmektedir radyo, optik cihazlar, kullanılır.

Yarı iletken ferroelektrikler

Bu tip kristaller kendiliğinden polarizasyon kendi elektrik anlarında varlığı ve meydana gelmesi ile karakterize edilir. Örneğin, bu gibi özellikleri, yarı iletken titanat PbTiO _3, baryum titanat BaTiO _3, germanyum Telluride, Gete, düşük sıcaklıklarda ferroelektrik özelliklere sahip tin tellür SNTE, kurşun vardır. Bu maddeler, lineer olmayan optik, piezoelektrik sensörleri ve bellek cihazları kullanılır.

Yarı iletken malzemelerin çeşitli

Yukarıda belirtilen yarı iletken malzemelere ek olarak, bu türlerinden biri altına girmeyen diğerleri vardır. Formül 1-3-5 elemanları ₂ (AgGaS ₂₎ ve 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ bir kalkopirit kristal yapı oluşturur. bir çinko blend kristal yapıya sahip dört yüzlü bileşikleri benzer yarı iletkenler 3-5 ve 2-6 grupları başvurun. kristal veya cam şeklinde yarı iletken - yarı iletken elemanlar 5 ve ₍₃ Se ₂ de _benzer) 6 _gruplarını oluşturan bileşikler. bizmut ve antimonun kalkogenidler yarı iletken termoelektrik jeneratörler kullanılmaktadır. Yarı iletken bu tip özellikleri son derece ilginç, ama onlar sınırlı olması nedeniyle uygulamaya popülerlik kazanmıştır değil. Ancak, var olması, henüz tam olarak yarı iletken fizik alanı araştırılmamış varlığını teyit eder.