Полупроводники — это материалы, обладающие уникальными электропроводящими свойствами. Они находятся между изолятором и проводником. Электропроводность определяется присутствием делокализованных электронов, которые находятся в частичном или полном состоянии. Эти состояния позволяют электронам перемещаться из одной точки в другую, но блокируют прохождение других электронов. Чтобы понять полупроводники, мы должны сначала понять, как они определены. Вот общий обзор.
Зонные диаграммы
Зонная диаграмма отображает ключевые уровни энергии электронов в материале. Пространственный размер зонной диаграммы обычно обозначается как x, в то время как ось y часто называют осью z. Зонные диаграммы объясняют, сколько полупроводниковых устройств работает и используются на уроках инженерии и информатики. По сути, они помогают визуализировать изменение энергетических уровней атомов и молекул. В результате они являются незаменимым инструментом для понимания работы многих современных полупроводниковых устройств.
Диаграмма зон E-k — популярное визуальное представление уровней энергии электронов в материале. На ней показаны верхняя и нижняя, почти пустые зоны. Нижняя и верхняя полосы слегка наклонены в направлении внешнего электрического поля. В почти пустой полосе положительные частицы, называемые дырками, взаимодействуют с электроном, вызывая протекание тока. Электроны в незанятом состоянии ведут себя подобно своим положительно заряженным аналогам.
Составные полупроводники
Будущее электроники — за составными полупроводниками, типом полупроводников, которые могут работать при более низком напряжении, генерировать свет и даже микроволны. Эти новые типы полупроводников также обладают магнитной чувствительностью, устойчивостью к нагреванию и потребляют гораздо меньше энергии, чем существующие материалы. Благодаря этим свойствам эти материалы станут основой Интернета вещей и позволят повысить энергоэффективность и оптические свойства. Чтобы понять, как эти материалы могут принести пользу миру, читайте дальше.
В отличие от кристаллических полупроводников, составные полупроводники состоят из нескольких кристаллов. В результате электроны составных полупроводников движутся быстрее, чем у кремния, что позволяет им выполнять многие задачи, которые невозможны с кремнием. Кроме того, эти соединения более устойчивы к нагреванию и магнитным полям. Кроме того, они могут хранить информацию в течение более короткого периода времени, чем кремний. Эти свойства делают составные полупроводники более предпочтительным выбором для современной электроники. Большинство из них можно переработать, поэтому, если они вам нужны, вы можете найти их в вашем штате.
Кремний N-типа
Кремниевый полупроводник N-типа — это тип полупроводника с отрицательным зарядом. Полупроводники N-типа содержат атомы, у которых больше электронов, чем у кремния. Фосфор — это пример атома, который имеет пять электронов на своем внешнем энергетическом уровне. Он связывается с соседними атомами кремния, и один электрон может свободно перемещаться внутри структуры. Атом фосфора считается p-типом, если он легирован газообразным бором.
Когда к кремнию добавляются примеси, они изменяют концентрацию носителей заряда в материале. Примесь изменяет внутреннюю проводимость полупроводника и оставляет свободным один электрон. Примеси называются легирующими, потому что они превращают внутренний материал во внешний. После завершения легирования полученный материал можно использовать. Помимо фосфора и бора, кремний также легирован различными другими элементами.
Тройные соединения
Тройные соединения в полупроводниках представляют собой редкие кристаллические материалы, содержащие два или более компонента. Обычно они стабильны как в твердом, так и в жидком состоянии, а их барьеры нулевого переноса заряда зависят от композиционного параметра x. В этой книге описываются тройные соединения и обсуждаются свойства этих кристаллических материалов. Надеюсь, вы найдете ее полезной. Вот несколько примеров. Эта статья представляет собой краткое изложение материала.
Тройное соединение ZnGeP имеет самые высокие показатели качества, аналогичные GaAs. Последний не требует компенсации двойного лучепреломления. В дополнение к высокому удельному сопротивлению, GaAs также доступны в полезных размерах. Для устройств этого типа могут подойти трехкомпонентные CuAl. Он имеет два квазиферми-уровня, Fc и F, и полезен для изготовления светодиодов и термоэлектрических устройств.
Электронные вакансии
Одним из способов улучшить характеристики полупроводника является компенсация присутствия электронных вакансий. Преимущество вакансий может быть применено и к другим однослойным 2D-полупроводникам. Энергия, необходимая для образования вакансии, по существу, такая же, как и для образования новой связи. Таким образом, чем меньше связей существует между поверхностными атомами, тем больше энергии выделяется. Однако эффект вакансии имеет некоторые недостатки.
Например, вакансия O в Ti2CO2 приводит к расщеплению состояния Ti-d на несколько пиков, охватывающих диапазон энергий около двух эВ. Это приводит к усилению состояния C-p и ослаблению состояния Ti-d. С другой стороны, вакансия A-C создает перераспределение заряда между двумя соседними атомами Ti и соответствующее ослабление связи Ti-O.