ημιαγωγοί

Εξηγούμε τι είναι ο ηλεκτρικός ημιαγωγός, τα είδη, τις εφαρμογές και τα παραδείγματά του. Επιπλέον, αγώγιμα και μονωτικά υλικά.

Ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός είναι το πυρίτιο.

Τι είναι ο ημιαγωγός;

Οι ημιαγωγοί είναι υλικά ικανά να λειτουργούν ως ηλεκτρικοί αγωγοί ή ως ηλεκτρικοί μονωτές, ανάλογα με τις φυσικές συνθήκες στις οποίες βρίσκονται. Αυτές οι συνθήκες συνήθως περιλαμβάνουν θερμοκρασία και το Πίεση, η συχνότητα της ακτινοβολίας ή οι εντάσεις της ηλεκτρικό πεδίο ή μαγνητικό πεδίο στην οποία υπόκειται το υλικό.

Οι ημιαγωγοί αποτελούνται από χημικά στοιχεία πολύ ποικίλες μεταξύ τους, οι οποίες στην πραγματικότητα προέρχονται από περιοχές άλλες από τις Περιοδικός Πίνακας, αλλά μοιράζονται ορισμένα χημικά χαρακτηριστικά (γενικά είναι τετρασθενή), τα οποία τους δίνουν τις ιδιαίτερες ηλεκτρικές τους ιδιότητες. Επί του παρόντος, ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος ημιαγωγός είναι το πυρίτιο (Si), ιδιαίτερα στη βιομηχανία ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΙΔΗ και του χρήση υπολογιστή.

Μαζί με τα μονωτικά υλικά, οι ημιαγωγοί ανακαλύφθηκαν το 1727 από τον Άγγλο φυσικό και φυσιοδίφη Stephen Gray (1666-1736), αλλά οι νόμοι που περιγράφουν τη συμπεριφορά και τις ιδιότητές τους περιγράφηκαν πολύ αργότερα, το 1821, από τον διάσημο Γερμανό φυσικό Georg Simon. Ohm (1789-1854).

Εφαρμογές ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί είναι ιδιαίτερα χρήσιμοι στη βιομηχανία ηλεκτρονικών, καθώς επιτρέπουν την οδήγηση και τη διαμόρφωση του ηλεκτρικό ρεύμα σύμφωνα με τα απαραίτητα μοτίβα. Για το λόγο αυτό, συνηθίζεται να συνηθίζουν:

  • Τρανζίστορ
  • Ολοκληρωμένα κυκλώματα
  • Ηλεκτρικές δίοδοι
  • Οπτικοί αισθητήρες
  • Λέιζερ στερεάς κατάστασης
  • Διαμορφωτές ηλεκτρικής κίνησης (όπως ένας ενισχυτής ηλεκτρικής κιθάρας)

Τύποι ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί μπορεί να είναι δύο διαφορετικών τύπων, ανάλογα με την απόκρισή τους στο φυσικό περιβάλλον στο οποίο βρίσκονται:

Εγγενείς ημιαγωγοί

Αποτελούνται από έναν μόνο τύπο άτομα, τακτοποιημένα σε μόρια τετραεδρικό (δηλαδή τέσσερα άτομα με σθένος 4) και τα άτομα τους ενωμένα με ομοιοπολικούς δεσμούς.

Αυτή η χημική διαμόρφωση αποτρέπει κίνηση ΕΛΕΥΘΕΡΟΣ ΑΠΟ ηλεκτρόνια γύρω από το μόριο, εκτός από την αύξηση της θερμοκρασίας: τότε τα ηλεκτρόνια παίρνουν μέρος του Ενέργεια διαθέσιμο και «άλμα», αφήνοντας ελεύθερο χώρο που μεταφράζεται ως θετικό φορτίο, το οποίο με τη σειρά του θα προσελκύσει νέα ηλεκτρόνια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανασυνδυασμός, και η ποσότητα του θερμότητα που απαιτείται για αυτό εξαρτάται από το εν λόγω χημικό στοιχείο.

Εξωτερικοί ημιαγωγοί

Αυτά τα υλικά επιτρέπουν μια διαδικασία ντόπινγκ, δηλαδή επιτρέπουν να συμπεριληφθεί κάποιος τύπος ακαθαρσιών στην ατομική τους διαμόρφωση. Ανάλογα με αυτές τις ακαθαρσίες, οι οποίες μπορεί να είναι πεντασθενείς ή τρισθενείς, τα υλικά ημιαγωγών χωρίζονται σε δύο:

  • Εξωτερικοί ημιαγωγοί τύπου Ν (δότες). Σε αυτούς τους τύπους υλικών, τα ηλεκτρόνια υπερτερούν αριθμητικά των οπών ή των φορέων ελεύθερου φορτίου («χώροι» θετικού φορτίου). Όταν εφαρμόζεται μια διαφορά δυναμικού στο υλικό, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια μετακινούνται προς τα αριστερά του υλικού και οι οπές στη συνέχεια προς τα δεξιά. Όταν οι οπές φτάνουν στο άκρο δεξιά, τα ηλεκτρόνια από το εξωτερικό κύκλωμα εισέρχονται στον ημιαγωγό και γίνεται η μετάδοση ηλεκτρικού ρεύματος.
  • Εξωτερικοί ημιαγωγοί τύπου Ρ (αποδέκτες). Σε αυτά τα υλικά, η προστιθέμενη ακαθαρσία, αντί να αυξήσει τα διαθέσιμα ηλεκτρόνια, αυξάνει τις οπές, επομένως μιλάμε για πρόσθετο υλικό δέκτη, αφού υπάρχει μεγαλύτερη ζήτηση για ηλεκτρόνια από τη διαθεσιμότητα και κάθε ελεύθερος «χώρος» όπου πρέπει να πάει ένα ηλεκτρόνιο εξυπηρετεί. για να διευκολυνθεί η διέλευση του ρεύματος.

Παραδείγματα υλικών ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί χρησιμεύουν ως διαμορφωτές της ηλεκτρικής μετάδοσης.

Οι πιο συνηθισμένοι και χρησιμοποιούμενοι ημιαγωγοί στο βιομηχανία είναι:

  • Πυρίτιο (Si)
  • γερμάνιο (Ge), συχνά σε κράματα πυρίτιο
  • Αρσενίδιο του Γάλλιου (GaAs)
  • Θείο
  • Οξυγόνο
  • Κάδμιο
  • Σελήνιο
  • Ινδός
  • Άλλα χημικά υλικά που προκύπτουν από το συνδυασμό στοιχείων από τις ομάδες 12 και 13 του περιοδικού πίνακα, με στοιχεία από τις ομάδες 16 και 15 αντίστοιχα.

Αγώγιμα υλικά

Σε αντίθεση με τους ημιαγωγούς, των οποίων οι ιδιότητες ηλεκτρικής αγωγιμότητας ποικίλλουν, τα αγώγιμα υλικά είναι πάντα έτοιμα να μεταδώσουν ηλεκτρική ενέργεια, λόγω της ηλεκτρονικής διαμόρφωσης των ατόμων του. Αυτή η αγωγιμότητα μπορεί να αυξομειώνεται και να επηρεάζεται σε κάποιο βαθμό από τη φυσική κατάσταση του περιβάλλοντος αφού η ηλεκτρική αγωγιμότητα δεν είναι απόλυτο.

Παραδείγματα αγώγιμων υλικών είναι η συντριπτική πλειοψηφία των μέταλλα (σίδηρος, υδράργυρος, χαλκός, αλουμίνιο κ.λπ.) και το Νερό.

Μονωτικά υλικά

Τέλος, μονωτικά είναι αυτά που αντιστέκονται στην αγωγή του ηλεκτρισμού, δηλαδή εμποδίζουν τη διέλευση ηλεκτρόνια και είναι επομένως χρήσιμα για να προστατευθούν από την ηλεκτρική ενέργεια, να αποτρέψουν τη διεξαγωγή μιας δωρεάν διαδρομής ή από βραχυκύκλωμα. Οι μονωτές επίσης δεν μονώνουν εκατό τοις εκατό αποτελεσματικά, Έχουν ένα όριο (τάση διάσπασης) πάνω από το οποίο η ενέργεια είναι τόσο έντονη που δεν μπορούν να διατηρήσουν την κατάστασή τους ως μονωτές και επομένως μεταδίδουν ηλεκτρικό ρεύμα, τουλάχιστον σε κάποιο βαθμό.

Παραδείγματα μονωτικών υλικών είναι πλαστική ύλη, κεραμικά, γυαλί, ξύλο και χαρτί.

!-- GDPR -->