Τι είναι η Φυσική των Ημιαγωγών;

Τι είναι η Φυσική των Ημιαγωγών;

Ορισμός της Φυσικής των Ημιαγωγών

Η φυσική των ημιαγωγών ορίζεται ως μελέτη υλικών με ηλεκτρική διαχωρητικότητα μεταξύ συνδυαστών και απομονωτών, πρωτίστως περιλαμβάνοντας στοιχεία όπως το σίλικον και το γερμανίουμ.

Ιδιότητες των Ημιαγωγών

Οι ημιαγωγοί έχουν μέτρια αντίσταση και αρνητικό συντελεστή αντίστασης-θερμοκρασίας, δηλαδή η αντίστασή τους μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας.

Κοινοτική Δεσμευτική Σύνδεση

Τα βαλεντεριακά ηλεκτρόνια στα άτομα των ημιαγωγών παίζουν κεντρικό ρόλο στη δεσμευτική σύνδεση μεταξύ των ατόμων στο κρύσταλλο ημιαγωγού. Η δεσμευτική σύνδεση μεταξύ ατόμων συμβαίνει επειδή κάθε άτομο έχει την τάση να συμπληρώσει την εξωτερική του κελύφος με οκτώ ηλεκτρόνια.

Κάθε άτομο ημιαγωγού έχει τέσσερα βαλεντεριακά ηλεκτρόνια και μπορεί να μοιράζεται τέσσερα ηλεκτρόνια από γειτονικά άτομα για να συμπληρώσει οκτώ ηλεκτρόνια στην εξωτερική του κελύφος. Αυτή η κοινή χρήση ηλεκτρονίων δημιουργεί κοινοτικές δεσμευτικές συνδέσεις.

Κάθε άτομο ημιαγωγού δημιουργεί τέσσερις κοινοτικές δεσμευτικές συνδέσεις με τέσσερα γειτονικά άτομα στο κρύσταλλο. Αυτό σημαίνει ότι δημιουργείται μία κοινοτική δεσμευτική σύνδεση με κάθε ένα από τα τέσσερα γειτονικά άτομα ημιαγωγού. Το παρακάτω σχήμα δείχνει τις κοινοτικές δεσμευτικές συνδέσεις που δημιουργούνται σε ένα κρύσταλλο γερμανίουμ.

Σε ένα κρύσταλλο γερμανίουμ, κάθε άτομο έχει οκτώ ηλεκτρόνια στην τελευταία του τροχιά. Ωστόσο, σε ένα απομονωμένο άτομο γερμανίουμ, υπάρχουν 32 ηλεκτρόνια. Η πρώτη τροχιά αποτελείται από 2 ηλεκτρόνια. Η δεύτερη τροχιά αποτελείται από 8 ηλεκτρόνια. Η τρίτη τροχιά αποτελείται από 18 ηλεκτρόνια και τα 4 ηλεκτρόνια που απομένουν είναι στην τέταρτη ή εξωτερική τροχιά.

Ωστόσο, σε ένα κρύσταλλο γερμανίουμ, κάθε άτομο μοιράζεται 4 βαλεντεριακά ηλεκτρόνια από τα τέσσερα γειτονικά άτομα για να συμπληρώσει την εξωτερική του τροχιά με οκτώ ηλεκτρόνια. Με αυτόν τον τρόπο, κάθε άτομο στο κρύσταλλο θα έχει οκτώ ηλεκτρόνια στην εξωτερική του τροχιά.

Η δημιουργία κοινοτικών δεσμευτικών συνδέσεων συνδέει κάθε βαλεντεριακό ηλεκτρόνιο με ένα άτομο, αφήνοντας καμία ελεύθερη ηλεκτρόνια σε ένα ιδανικό κρύσταλλο ημιαγωγού. Τα άτομα είναι ταξινομημένα λόγω αυτών των δεσμευτικών συνδέσεων, δημιουργώντας το κρυσταλλικό δομή ενός ημιαγωγού.

Θεωρία των Ενεργειακών Ζωνών

Οι ημιαγωγοί έχουν μικρό ενεργειακό χάσμα μεταξύ της βαλεντεριακής και της συνεκτικής ζώνης, επιτρέποντας στα ηλεκτρόνια να κινούνται και να διαχωρίζουν ηλεκτρισμό όταν εφαρμόζεται ενέργεια.

Τύποι Ημιαγωγών

• Εγγενής Ημιαγωγός

• Εξωγενής Ημιαγωγός

• N-τύπου και P-τύπου Ημιαγωγός