Co to jest fizyka półprzewodników?
Definicja fizyki półprzewodników
Fizyka półprzewodników definiuje się jako badanie materiałów o przewodnictwie elektrycznym między przewodnikami a izolatorami, głównie obejmujące elementy takie jak krzem i german.
Właściwości półprzewodników
Półprzewodniki mają umiarkowaną oporność i ujemny współczynnik temperaturowy oporu, co oznacza, że ich opór maleje wraz ze wzrostem temperatury.
Wiązanie kowalencyjne
Elektrony walencyjne w atomach półprzewodników odgrywają kluczową rolę w wiązaniu między atomami w kryształu półprzewodnika. Wiązanie między atomami zachodzi, ponieważ każdy atom ma tendencję do posiadania w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce osiem elektronów.
Każdy atom półprzewodnika ma cztery elektrony walencyjne i może podzielić się czterema elektronami z sąsiednich atomów, aby uzupełnić osiem elektronów w swojej najbardziej zewnętrznej powłoce. To dzielenie się elektronami tworzy wiązania kowalencyjne.
Każdy atom półprzewodnika tworzy cztery wiązania kowalencyjne z czterema sąsiednimi atomami w kryształu. Oznacza to, że jedno wiązanie kowalencyjne jest tworzone z każdym z czterech sąsiednich atomów półprzewodnika. Poniższy rysunek przedstawia wiązania kowalencyjne utworzone w kryształu germanu.
W kryształu germanu każdy atom ma osiem elektronów w swoim ostatnim obiegu. Jednak w przypadku pojedynczego, izolowanego atomu germanu znajduje się 32 elektrony. Pierwszy obieg składa się z 2 elektronów. Drugi obieg składa się z 8 elektronów. Trzeci obieg składa się z 18 elektronów, a pozostałe 4 elektrony znajdują się w czwartym lub zewnętrznym obiegu.
Jednak w kryształu germanu, każdy atom dzieli się 4 elektronami walencyjnymi z czterech sąsiednich atomów, aby wypełnić swój najbardziej zewnętrzny obieg ośmioma elektronami. W ten sposób, każdy z nich w kryształu będzie miał osiem elektronów w swoim najbardziej zewnętrznym obiegu.
Tworzenie wiązań kowalencyjnych wiąże każdy elektron walencyjny z atomem, pozostawiając żadnych wolnych elektronów w idealnym kryształu półprzewodnika. Atomy są uporządkowane dzięki tym wiązaniami, tworząc strukturę kryształową półprzewodnika.
Teoria pasm energetycznych
Półprzewodniki mają małe przerwy energetyczne między pasmem walencyjnym a pasmem przewodzenia, co pozwala elektronom poruszać się i przeprowadzać prąd elektryczny, gdy zostanie przyłożona energia.
Rodzaje półprzewodników
Półprzewodnik intrinsiczny
Półprzewodnik extrinsiczny
Półprzewodnik typu N i P
