Полупроводниками называют вещества, которые обладают промежуточным уровнем проводимости между проводниками и непроводниками. Изначально, полупроводники не обладают высокой электропроводностью, но ее можно изменять при помощи различных методов. Одним из основных свойств полупроводников является их способность к регулируемой проводимости.
В зависимости от примесей, полупроводники делят на два типа: N-тип и P-тип. N-тип полупроводники получаются путем введения примесей, обладающих избыточными электронами. Такие примеси являются донорами электронов и при добавлении их в кристаллическую решетку полупроводника, количество электронов увеличивается, что ведет к увеличению электропроводимости.
P-тип полупроводники получаются при введении примесей, обладающих недостатком электронов в своей внешней оболочке. Такие примеси называются акцепторами и приводят к образованию дефицита электронов в кристаллической решетке. В результате образуются дополнительные свободные «дырки», которые являются основными носителями заряда в P-типе полупроводника. Данный тип полупроводника обладает высокой электропроводимостью.
Полупроводники являются основным материалом в электронной промышленности и широко используются в различных электронных устройствах. Изучение их проводимости и типологии позволяет разрабатывать и оптимизировать новые технологии, а также создавать эффективные полупроводниковые приборы.
І. Свойства и применение полупроводников
Одним из основных свойств полупроводников является их чувствительность к изменениям температуры, напряжения или освещенности. Благодаря этому, полупроводники широко используются в электронике для создания различных устройств, таких как транзисторы, диоды, интегральные схемы и другие.
Полупроводниковые устройства обладают высокой скоростью работы, низким энергопотреблением, малыми размерами и массой, что делает их идеальными для использования в современной технике. Они находят широкое применение в солнечных батареях, светодиодах, лазерах, приемник
ІІ. P-тип полупроводников и их проводимость
В отличие от N-типа полупроводников, P-тип полупроводников служат для создания P-переходов и P-N переходов, которые активно применяются в электронике.
В P-типе полупроводника в кристаллической решетке основной элемент является элемент с замещением, которое формирует допинг, добавленный в полупроводник. Чаще всего используется элемент группы III (например, бор или галлий).
Допинги элементов группы III содержат три связи с валентностными электронами вместо четырех, что приводит к образованию «дырок» в кристаллической решетке. В результате этого создается P-область в кристалле, где проводимость обеспечивается передвижением дырок.
Также P-тип полупроводников можно создать, добавив атомы группы V с избыточным количеством электронов. В результате образуется P-область, в которой проводимость обеспечивается движением электронов.
| Тип полупроводника | Допинг | Проводимость |
|---|---|---|
| P-тип | Элементы группы III (с избытком дырок) или группы V (с избытком электронов) | Проводимость за счет движения дырок или электронов |
ІІІ. N-тип полупроводников и их проводимость
Основное отличие N-типа полупроводников от P-типа заключается в типе доминирующих примесей и их влиянии на проводимость материала. В N-типе полупроводников роль доминирующей примеси играют примеси с лишними электронами, такими как фосфор, мышьяк или антимон. Наличие дополнительных электронов делает эти полупроводники негативно заряженными.
За счет присутствия лишних электронов, N-тип полупроводников обладает высокой электропроводностью. Электроны, связанные с примесными атомами, могут свободно перемещаться по материалу и обеспечивать проводимость. Поэтому N-тип полупроводники называются электронными.
Для N-типа полупроводников формирующая область является p-типом материала, а доминирующие примеси являются электронной примесью. В результате создается структура, в которой электроны дрейфуют от высокой концентрации к низкой. При подаче электрического напряжения протекает электрический ток в виде электронов.
| Тип материала | Доминирующая примесь | Тип привнесенных «избыточных»электронов или «дефицитных» дырок | |
| Р | Полупроводник | Вторичная, лишние дырки (электроны) | Вторичные (-) дырки (электроны) |
| N | Полупроводник | Вторичная, лишние электроны | Вторичные (+) электроны |
ІV. Компаундные полупроводники и их проводимость
В отличие от элементарных полупроводников, в которых проводимость обусловлена наличием электронов свободных от привязки к атомам, компаундные полупроводники имеют ограниченную проводимость, так как оба вида носителей заряда (электроны и дырки) могут существовать только в определенных зонах энергии.
Существует несколько типов компаундных полупроводников, включая арсениды, галлийнитриды, бориды и фосфиды. Каждый из этих типов обладает своими уникальными свойствами, которые делают их полезными в различных технологических приложениях.
Проводимость компаундных полупроводников зависит от различных факторов, включая концентрацию примесей, структуру кристаллической решетки и температуру. Добавление примесей может увеличить проводимость путем изменения концентрации носителей заряда, а дополнение других веществ может модифицировать электронную структуру материала.
Компаундные полупроводники широко используются в различных областях науки и техники, включая электронику, фотонику и энергетику. Они являются ключевыми материалами для производства полупроводниковых приборов, таких как светодиоды, лазеры и солнечные батареи.
В заключение, компаундные полупроводники представляют собой уникальный класс материалов, обладающих особыми свойствами проводимости. Их разнообразие и наличие специфических химических связей делают их важными инструментами в современных технологиях.
Органические полупроводники и их проводимость
Органические полупроводники представляют собой материалы, состоящие из органических (углеродных) молекул, обладающих полупроводящими свойствами. Эти свойства возникают благодаря возможности электронных переходов между уровнями энергии в молекулах.
Одним из основных свойств органических полупроводников является их проводимость. Она определяется концентрацией носителей заряда — электронов и дырок в материале. Проводимость органических полупроводников может быть изменена путем введения различных примесей или изменения условий окружающей среды.
Проводимость органических полупроводников в основном зависит от трех факторов:
- Структуры молекул. Органические полупроводники имеют сложную молекулярную структуру, которая может включать различные функциональные группы. У некоторых групп может быть эффект пи-электронного перехода, способствующего проводимости.
- Уровней энергии. Органические полупроводники имеют различные уровни энергии, что позволяет электронам переходить с одного уровня на другой. Это влияет на концентрацию носителей заряда и проводимость материала.
- Морфологии материала. Органические полупроводники могут иметь различные морфологические структуры — от кристаллических до аморфных. Это также влияет на их проводимость.
Органические полупроводники обладают интересными свойствами и имеют широкий спектр применений, включая органические светодиоды, солнечные батареи, транзисторы и т. д. Изучение и развитие органических полупроводников является активной областью науки и технологий.