Українські рефератиучбові матеріали на українській мові

RefBaza.com.ua пропонує студентам та абітурієнтам найбільшу базу з рефератів! Також ви можете ділитися своїми рефератами для поповнення бази.

Напівпровідникові матеріали

Реферат: Напівпровідникові матеріали

Зміст:

1.Общие відомості 3

2.Металлургия германію і кремнію 7

3.Применение напівпровідників

3.1.Тепловые опору (термисторы) 9

3.2.Фотосопротивления 11

3.3.Термоэлементы 12

3.4.Холодильники і нагрівачі 12

Література 15

1.Общие відомості

Полупроводниками називають речовини, які мають електронної провідністю, займаної проміжне становище між металами і ізоляторами.

Від металів вони різняться тим, що носії електричного струму у яких створюються тепловим рухом, світлом, потоком електронів тощо. джерелом енергії. Без теплового руху (поблизу абсолютного нуля) напівпровідники є ізоляторами. З підвищенням температури електропровідність напівпровідників зростає й при расплавлении носить металевий характер.

Полупроводники – це нові матеріали, з допомогою яких протязі останніх десятиліть вдається вирішувати ряд надзвичайно важливих електротехнічних завдань. Нині налічується понад двадцять різноманітних галузей, які з допомогою напівпровідників дозволяються важливі питання експлуатації машин і немає механізмів, контролю виробничих процесів, отримання електричної енергії, посилення високочастотних коливань і генерування радіохвиль, створення з допомогою електричного струму тепла чи холоду, й у здійснення багатьох інших процесів.

До полупроводниковым матеріалам належить більшість мінералів, неметалеві елементи IV, V, VI груп періодичної системи Менделєєва, неорганічні сполуки (оксиди, сульфіди), деякі сплави металів, органічні барвники. Широко застосовуваними напівпровідниковими матеріалами є елементи IV групи періодичної системи Менделєєва – германій і кремній. Це речовини, кристаллизирующиеся в ґратам типу алмазу. Така ґрати є тетраэдр, за вершинами якого розташовані чотири атома, оточуючі атом, що у центрі тетраедра. Тут кожен атом пов'язані з чотирма найближчими сусідами силами ковалентної зв'язку, адже кожен їх має чотири зовнішніх валентных електрона.

При температурах близько абсолютного нуля в ідеальному кристалі кремнію чи германію все ковалентные зв'язку заповнені, проте електрони пов'язані з атомами не можуть участь у процесі електропровідності. Щоб електрон міг проводити електричний струм, потрібно затратити деяку роботу щодо його звільнення з ковалентної зв'язку.

Це відбувається за висвітленні кристала. Світло, як відомо, є потік частинок – фотонів, чи квантів світла. Якщо енергія фотона більше або дорівнює енергії розриву зв'язку, то електрон може бути вільною і зможе брати участь у процесі електропровідності. Тут відбувається перехід електронів з зовнішньої заповненою зони до зони провідності. У цьому замість минулого електрона в кристалі з'являється незаповнена зв'язок, яка то, можливо зайнята електроном з іншої який-небудь зв'язку. Водночас у раніше заповненою зоні утворюється дірка. Отже, незаповнена зв'язок чи дірка може переміщатися по кристалу. Ця незаповнена зв'язок еквівалентна позитивної частинки, двигающейся по кристалу під впливом зовнішнього електричного поля. Насправді дірки уявити не можуть собою позитивно заряджених частинок. Вочевидь, що у ідеальному кристалі кількість дірок дорівнюватиме кількості вільних електронів.

З припиненням висвітлення електропровідність кристала почне зменшуватися, оскільки електрони, які звільнилися під впливом світла, розміщатимуться у зв'язках, тобто. відбудеться рекомбінація електронів і дірок. Цей процес відбувається закінчується протягом тисячних часток секунди менше і кристал знову перестає проводити електричний струм. Явище, за якого створюється електричний струм під впливом світла кристалі, помещённом у зовнішнє електричне полі, називається фотопроводимостью.

Найменша енергія, що необхідно для перекладу електрона з заповненою зони до зони провідності, визначає собою величину енергетичного інтервалу між двома чи ширину забороненою зони.

Для розриву валентных зв'язків за дуже низьких температурах необхідна енергія, рівна 1.2 ев (~0.1922 адж) для кремнію і 0.75 ев (~0.1201 адж) для германію. У світловому промені енергія фотонів значно вища: так, для жовтого світла вона становить дві ев (0.3204 адж).

Звільнення електронів може й іншим шляхом, наприклад при нагріванні кристала, коли енергія коливання атомів в кристалічною ґратам може збільшитися настільки, що зв'язку зруйнуються і електрони зможуть звільнитися. Цей процес відбувається також протікає із заснуванням дірок.

У ідеальних кристалах, де кількості електронів і дірок рівні, провідність називається власної. Оскільки удільне опір ідеальних кристалів напівпровідників залежить від температури, то величина його служити характеристикою даного напівпровідника. Опір ідеальних кристалів називають власним опором напівпровідника, наприклад, для кремнію при 300°К власне удільне опір одно 63600 ом·см (636 ом·м), а германію за тієї ж температурі 47 ом·см (0.470 ом·м).

Ідеальні кристали, які містять ніяких домішок, трапляються дуже рідко. Домішки в кристалах напівпровідників можуть збільшувати кількість електронів чи дірок. Встановлено, що одного атома сурми в кубічний сантиметр германію чи кремнію призводить до появи одного електрона, а з одного атома бору – до появи однієї дірки.

Поява електронної чи дырочной провідності під час введення в ідеальний кристал різних домішок відбувається так. Припустимо, що у кристалі кремнію одне із атомів заміщений атомом сурми. Сурьма зовнішньому електронної оболонці має п'ять електронів (V група періодичної системи). Чотири електрона утворюють парні електронні в зв'язку зі чотирма найближчими сусідніми атомами кремнію. Залишившись п'ятий електрон рухатиметься близько атома сурми орбітою, як і орбіті електрона в атомі водню, але сила його електричного тяжіння до ядру зменшиться відповідно діелектричним проникності кремнію. Тому, щоб звільнити п'ятий електрон, потрібна незначна енергія, рівна приблизно 0,05 ев (~ 0,008 адж). Слабко пов'язаний електрон легко то, можливо відірваний від атома сурми під впливом теплових коливань ґрати при низьких температурах. Така низька енергія іонізації примесного атома означає, що з температурах близько –100°с, все атоми домішок в германії і кремнії вже ионизированы, а звільнені електрони беруть участь у процесі електропровідності. І тут основними носіями заряду будуть електрони, тобто. тут відтворена електронна провідність чи провідність n-типа (n - першу букву слова negative).

Коли «зайвий», п'ятий, електрон удалён, атом сурми стає позитивно зарядженим іоном, у яких чотири валентных електрона, як і всі атоми кремнію, тобто. іон сурми стає заступником кремнію в кристалічною ґратам.

Домішки, що зумовлюють виникнення електронної провідності в кристалах, називаються донорами. У кремнії і німеччині ними є елементи V групи таблиці Менделєєва – сурма, фосфор, миш'як і вісмут. Трёхвалентный атом домішки бору в ґратам кремнію веде себе інакше. На зовнішньої оболонці атома бору є лише три валентных електрона. Отже, бракує одного електрона, для заповнення чотири валентные зв'язки й з чотирма найближчими сусідами. Вільна зв'язок то, можливо заповнена електроном, перейшло із якоїсь інший зв'язку, цей зв'язок заповниться електронами наступній зв'язку і т.ін. Позитивна дірка (незаповнена зв'язок) може переміщатися по кристалу від однієї атома до іншого (під час руху електрона у напрямі). Коли електрон заповнить відсутню валентну зв'язок, примесный атом бору стане негативно зарядженим іоном, який заміняє атом кремнію в кристалічною ґратам. Дірка буде слабко пов'язані з атомом бору силами електростатичного притягування й рухатиметься біля нього орбітою, як і орбіті електрона в атомі водню. Енергія іонізації, тобто. енергія, необхідна для відриву дірки від негативного іона бору, приблизно дорівнює 0,05 ев. Тому, за кімнатної температурі все трёхвалентные примесные атоми ионизированы, а дірки беруть участь у процесі електропровідності. Якщо кристалі кремнію є домішка трёхвалентных атомів (III група періодичної системи), то провідність ввозяться основному дірками. Така провідність називається дырочной чи провідності р (р - першу букву слова positive). Домішки, викликають дырочную провідність, називаються акцепторами. До акцепторам в німеччині і кремнії ставляться елементи третьої групи періодичної системи: галій, талій, бір, алюміній.


Схожі реферати

Статистика

[1] 2 3 4 5