Полупроводники

Мы объясним, что такое электрический полупроводник, его типы, применение и примеры. Также проводящие и изолирующие материалы
Наиболее часто используемым полупроводником является кремний

Что такое полупроводник?

Полупроводники – это материалы, способные действовать либо как электрические проводники, либо как электрические изоляторы , в зависимости от физических условий, в которых они находятся. Эти условия обычно включают температуру давление , падение излучения или напряженность электрического или магнитного поля, которому подвергается материал

Полупроводники состоят из химических элементов , которые широко варьируются и фактически происходят из разных областей Периодической таблицы , но имеют определенные химические свойства (как правило, они четырехвалентны), которые придают им особые электрические свойства. В настоящее время наиболее широко используемым полупроводником является кремний (Si) , особенно в электронике вычислительной промышленности

Наряду с изоляционными материалами, полупроводники были открыты в 1727 году английским физиком и естествоиспытателем Стивеном Греем (1666-1736), но законы, описывающие их поведение и свойства, были описаны гораздо позже, в 1821 году, известным немецким физиком Георгом Симоном Омом (1789-1854)

Также: Свойства материи

Применение полупроводников

Полупроводники особенно полезны в электронной промышленности , поскольку они позволяют проводить электрический ток и модулировать его в соответствии с требуемыми схемами. По этой причине они обычно используются для:

• транзисторы
• интегральные схемы.
• Электрические диоды.
• Оптические датчики.
• Твердотельные лазеры.
• Модуляторы электрической передачи (например, усилитель электрогитары).

Типы полупроводников

Полупроводники могут быть двух различных типов, в зависимости от их реакции на физическую среду, в которой они находятся:

Внутренние полупроводники

Они состоят из одного типа атомов , расположенных в тетраэдрических молекулах (т.е. четыре атома с валентностью 4), а их атомы соединены ковалентными связями

Такая химическая конфигурация препятствует свободному перемещению электронов вокруг молекулы, за исключением повышения температуры: электроны тогда берут часть доступной энергии и прыгают, оставляя свободное пространство, которое преобразуется в положительный заряд, который, в свою очередь, притягивает новые электроны. Этот процесс называется рекомбинацией, и количество тепла , необходимое для него, зависит от химического элемента

внешние полупроводники

Эти материалы допускают процесс легирования , т.е. позволяют включать в свою атомную конфигурацию некоторые виды примесей. В зависимости от этих примесей, которые могут быть серпентавалентными или трехвалентными, полупроводниковые материалы делятся на два вида:

• Внещние полупроводники N-типа (доноры). В материалах такого типа электроны превосходят по количеству дырки или свободные носители заряда (места с положительным зарядом). Когда к материалу прикладывается разность потенциалов, свободные электроны перемещаются в левую часть материала, а дырки – в правую. Когда дырки достигают правого конца, электроны из внешней цепи попадают в полупроводник, и происходит передача электрического тока.
• Внещние полупроводники (акцепторы) P-типа. В этих материалах добавленная примесь, вместо того чтобы увеличить количество доступных электронов, увеличивает пустоты. Таким образом, мы говорим о добавлении акцепторного материала, поскольку спрос на электроны больше, чем их наличие, и каждое свободное место, куда должен попасть электрон, служит для облегчения прохождения тока.

Примеры полупроводниковых материалов

Полупроводники служат модуляторами электрической передачи.

Наиболее распространенными полупроводниками, используемыми в промышленности , являются:

• Кремний (Si).
• Германий (Ge), часто в сплавах с кремнием.
• арсенид галлия (GaAs).
• Сера.
• Кислород.
• Кадмий.
• Селен.
• Индий.
• Другие химические материалы, полученные в результате сочетания элементов групп 12 и 13 периодической таблицы с элементами групп 16 и 15 соответственно.

Проводящие материалы

В отличие от полупроводников, свойства электропроводности которых меняются, проводящие материалы всегда готовы передавать электричество , благодаря электронной конфигурации своих атомов. Такая проводимость может колебаться и в некоторой степени зависеть от физического состояния окружающей среды, поскольку электропроводность не является абсолютной

Примерами проводящих материалов являются подавляющее большинство металлов (железо, ртуть, медь , алюминий и т.д.) и вода

Изоляционные материалы

Наконец, изоляционные материалы это те, которые сопротивляются проведению электричества , т.е. они препятствуют прохождению электронов и поэтому полезны для защиты от электричества, чтобы предотвратить его свободный ход или предотвратить возникновение короткого замыкания. Изоляторы также не изолируют на 100% эффективно. Они имеют предел (напряжение пробоя), за которым энергия настолько сильна, что они не могут поддерживать свое состояние изоляции и, следовательно, пропускать электрический ток, по крайней мере, в некоторой степени

Примерами изоляционных материалов являются пластик , керамика, стекло, дерево и бумага

Подробнее: Электроизолятор