Что такое физика полупроводников?
Определение физики полупроводников
Физика полупроводников определяется как изучение материалов с электрической проводимостью между проводниками и диэлектриками, в основном включающих элементы, такие как кремний и германий.
Свойства полупроводников
Полупроводники имеют умеренное удельное сопротивление и отрицательный температурный коэффициент сопротивления, что означает, что их сопротивление уменьшается при увеличении температуры.
Ковалентная связь
Валентные электроны в атомах полупроводников играют важную роль в образовании связей между атомами в кристалле полупроводника. Связывание атомов происходит потому, что каждый атом стремится заполнить свою внешнюю оболочку восемью электронами.
Каждый атом полупроводника имеет четыре валентных электрона и может поделиться четырьмя электронами с соседними атомами, чтобы завершить восемь электронов в своей внешней оболочке. Это дележка электронов создает ковалентные связи.
Каждый атом полупроводника образует четыре ковалентные связи с четырьмя соседними атомами в кристалле. То есть, одна ковалентная связь создается с каждым из четырех соседних атомов полупроводника. На рисунке ниже показаны ковалентные связи, образованные в кристалле германия.
В кристалле германия каждый атом имеет восемь электронов в своей последней орбите. Но в изолированном одиночном атоме германия есть 32 электрона. Первая орбита состоит из 2 электронов. Вторая орбита состоит из 8 электронов. Третья орбита состоит из 18 электронов, и остальные 4 электрона находятся на четвертой или внешней орбите.
Но в кристалле германия каждый атом делится четырьмя валентными электронами с четырьмя соседними атомами, чтобы заполнить свою внешнюю орбиту восемью электронами. Таким образом, каждый из них в кристалле будет иметь восемь электронов в своей внешней орбите.
Образование ковалентных связей связывает каждый валентный электрон с атомом, не оставляя свободных электронов в идеальном кристалле полупроводника. Атомы упорядоченно расположены благодаря этим связям, создавая кристаллическую структуру полупроводника.
Теория энергетических зон
У полупроводников небольшой энергетический промежуток между валентной и проводящей зонами, что позволяет электронам двигаться и проводить электричество, когда к ним применяется энергия.
Типы полупроводников
Внутренний полупроводник
Внешний полупроводник
N-тип и P-тип полупроводников
