Какво е физиката на полупроводниците?

Поле: Енциклопедия

China

Какво е полупроводниковата физика?

Определение на полупроводниковата физика

Полупроводниковата физика се дефинира като изучаване на материали с електрическа проводимост между проводници и изолатори, основно включващи елементи като кремик и германий.

Свойства на полупроводниците

Полупроводниците имат умерено съпротивление и отрицателен температурен коефициент на съпротивлението, което означава, че техното съпротивление намалява с увеличаването на температурата.

Ковалентна връзка

Валентните електрони в атомите на полупроводниците играят важна роля в връзката между атомите в полупроводниковия кристал. Връзката между атомите се реализира, защото всеки атом има тенденция да запълни своята най-външна обвивка с осем електрона.

Всеки атом на полупроводник има четири валентни електрона и може да сподели четири електрона от съседните атоми, за да завърши с осем електрона в своята най-външна обвивка. Това споделяне на електрони създава ковалентни връзки.

Всеки атом на полупроводник създава четири ковалентни връзки с четирите съседни атома в кристала. Това означава, че една ковалентна връзка се създава с всеки от четирите съседни атома на полупроводника. Фигурата по-долу показва образуваните ковалентни връзки в германиев кристал.

В германиевия кристал всеки атом има осем електрона в своята последна орбита. Но в един изолиран единичен атом на германий има 32 електрона. Първата орбита съдържа 2 електрона. Втората орбита съдържа 8 електрона. Третата орбита съдържа 18 електрона, а останалите 4 електрона са в четвъртата или най-външната орбита.

Но в германиевия кристал всеки атом споделя 4 валентни електрона от четирите съседни атома, за да запълни своята най-външна орбита с осем електрона. По този начин всеки от тях в кристала ще има осем електрона в своята най-външна орбита.

Образуването на ковалентни връзки свързва всеки валентен електрон с атом, без да оставя свободни електрони в идеалния полупроводников кристал. Атомите са подредени редовно поради тези връзки, създавайки кристалната структура на полупроводника.

Теория на енергийните зони

Полупроводниците имат малък енергиен разход между валентната и проводната зона, позволяващ на електроните да се движат и да провеждат електричество, когато се приложи енергия.

Типове полупроводници