Введение в революционный полупроводниковый материал

Недавняя эволюция в области электроники в основном связана с особым типом материала, с помощью которого было достигнуто множество достижений. Сегодня мы кратко расскажем вам об этом драгоценном материале, называемом полупроводниками. Почти 20 лет назад у нас был другой тип вакуумных ламп, которые были доступны в различных формах и размерах в электронной промышленности. Вакуумные лампы были хороши для того времени, но появление полупроводников полностью изменило ситуацию. Полупроводники обладают малым весом, малыми размерами, простотой конструкции, надежностью, эффективностью, низкой стоимостью и низким выделением тепла.

Теория полупроводников:

                                         Полупроводниковый материал – это материал, электрические свойства которого находятся между свойствами изоляторов и хороших проводников, например германий и кремний и т. д. Другими словами, тот материал, который противодействует току с сопротивлением 102 Ом × см, называется полупроводником. Кремниевый материал чаще всего используется в промышленности, но также доступны углерод, германий и арсенид галлия. Согласно основаниям энергетических зон при комнатной температуре эти материалы имеют пустую зону проводимости и частично заполненную валентную зону. Между этими полосами имеется небольшая энергетическая щель (равная 1эВ). Сопротивление этих материалов уменьшается с повышением температуры, поскольку сжимается энергетическая щель. Вот почему полупроводниковый материал известен как отрицательный температурный коэффициент.

• Некоторые важные термины, используемые при изучении полупроводников.

• Валентные электроны

Те электроны, которые вращаются вокруг ядра на последней орбите/оболочке, называются валентными электронами. Атом становится стабильным, когда валентные электроны завершают свою последнюю оболочку, в валентной оболочке может разместиться только 8 электронов. После его завершения ни один электрон не может испустить или войти в валентную оболочку. На валентной оболочке кремния и германия по 4 электрона. Кремний открыт в 1823 году, а германий — в 1886 году.

• Энергетические снаряды

Те пути вокруг ядра атома, по которым вращаются электроны, называются энергетическими оболочками. Электрон, находящийся на расстоянии от ядра, будет иметь большую энергию по сравнению с тем электроном, который находится в оболочке, закрытой от ядра. Эти электроны сильно связаны по силе с ядром, которое близко к ядру. Когда атом получает энергию, он прыгает в более высокую оболочку от ядра, но когда атом теряет энергию, он возвращается в свою первоначальную оболочку. Электрически атом нейтрален из-за одинакового количества электронов и протонов, присутствующих в атоме.

• Ковалентные связи или атомная связь

Как известно, атом кремния содержит 2 электрона на первой оболочке, 8 электронов на второй и 4 на валентной или третьей оболочке. Это верно для отдельного атома, но когда несколько атомов объединяются вместе, они создают прочную автоматическую структуру, называемую кристаллической структурой. Такое расположение происходит за счет ковалентной связи. Ковалентная связь — это такой тип связи, при котором два или более атома имеют общие электроны валентной оболочки друг с другом. Как известно, атом электрически стабилен, но химически нестабилен. Оба одинаковых атома должны быть стабильными, чтобы иметь общие электроны.

• Свободные электроны и дырки

Когда температура окружающей среды увеличивается от абсолютного нулевого значения, там выделяется тепловая энергия, которая в результате вызывает вибрацию в кремниево-германиевом кристалле. Часто в результате тепловой энергии возбужденный электрон вылетает из своей валентной оболочки. Это избрание теперь называется свободным электроном, потому что на него не действует ядро. Испущенный электрон оставляет вакансию, которая действует как положительный заряд. Этот процесс происходит в каждом атоме, который в совокупности дает большое количество свободных электронов и дырок.