1.1 Entwodiksyon nan Semiconductors
Aparèy semi -conducteurs yo se eleman fondamantal nan sikwi elektwonik, epi yo yo te fè soti nan materyèl semi -conducteurs. Materyèl semi -conducteurs yo defini kòm sibstans ki gen konduktiviti elektrik ant kondiktè ak izolan. Anplis de sa ki gen konduktiviti ant sa yo ki an kondiktè ak izolan, semi -kondiktè tou posede pwopriyete sa yo:
1, yon ogmantasyon nan tanperati a ka siyifikativman amelyore konduktiviti nan semi -kondiktè yo. Pou egzanp, rezistivite a nan Silisyòm pi (SI) double lè tanperati a ogmante soti nan 30 degre a 20 degre.
2, tras kantite enpurte (prezans yo ak konsantrasyon) ka byen wo chanje konduktiviti nan semi -kondiktè. Pou egzanp, si yon sèl atòm malpwòpte (tankou yon +3 oswa +5 eleman valans) se prezante pou chak milyon atòm Silisyòm, rezistivite a nan tanperati chanm (27 degre; poukisa se tanperati chanm 27? 214,000 Ω · cm a 0.2 ω · cm.
3, ekspoze limyè ka siyifikativman amelyore konduktiviti nan semi -kondiktè. Pou egzanp, yon Kadmyòm SULFIDE (CDS) fim depoze sou yon substrate posibilite gen yon rezistans nan plizyè megohms (MΩ) nan absans la nan limyè, men anba ekleraj, rezistans a gout nan dè dizèn plizyè nan kilohms (kΩ).
4, Anplis de sa, jaden mayetik ak elektrik kapab tou ansibleman chanje konduktiviti nan semi -kondiktè.
Se poutèt sa, semi -kondiktè yo se materyèl ak konduktiviti ant kondiktè ak izolan, ak pwopriyete intrinsèques yo yo trè sansib a chanjman enpòtan akòz faktè ekstèn tankou limyè, chalè, mayetis, jaden elektrik, ak konsantrasyon tras mal.
Bay pwopriyete sa yo avantaje, semi -kondiktè yo ka efektivman itilize. An patikilye, diskisyon ki vin apre yo sou diodes, tranzistò, ak jaden - tranzistò efè pral demontre ki jan pwopriyete a nan enpurte tras siyifikativman chanje konduktivite semi -kondiktè se atle.
1.2 Semiconductors intrinsèques
Ki jan nou prezante enpurte tras nan semi -kondiktè? Èske nou ka ajoute dirèkteman enpurte nan kwatz natirèl (ki gen eleman prensipal si)? Nou pa ka itilize Silisyòm natirèl dirèkteman paske li gen divès kalite enpurte, ki fè konduktiviti li enkontwolab. Pou sèvi kòm materyèl fondamantal pou tout semi -kondiktè yo, objektif prensipal la se pou reyalize konduktiviti kontwole.
Se poutèt sa, nou bezwen pirifye Silisyòm natirèl nan yon estrikti kristal pi bon kalite. Sa a se estrikti kristal semi -conducteurs pi refere yo kòm yon semi -conducteurs intrinsèques.
Karakteristik nan semi -kondiktè intrinsèques: (semi -kondiktè intrinsèques yo se estrikti kristal pi)
1, pite, sa vle di pa gen okenn enpurte.
2, estrikti kristal, ki reprezante estabilite. Atòm yo mare youn ak lòt, anpeche mouvman lib, ki rezilta nan menm pi ba konduktiviti konpare ak Silisyòm natirèl.
1.2.1 Estrikti kristal nan semi -kondiktè intrinsèques
Nan chimi, nou te aprann ke elektwon yo eksteryè nan de atòm adjasan Silisyòm (SI) nan yon kristal vin elektwon pataje, fòme lyezon kovalan. Sepandan, se pa tout elektwon eksteryè nan chak atòm Si rete entèdi nan pwòp lyezon kovalan yo. Rezon ki fè la pou sa a se ke materyèl la egziste nan yon anviwònman ak tanperati. Anplis de mouvman te bay lòd, elektwon yo eksteryè tou sibi mouvman tèmik - mouvman o aza - akòz enfliyans nan tanperati a. Okazyonèlman, yon elèktron ka posede pi wo enèji pase lòt atòm, sa ki pèmèt li kraze gratis nan kosyon kovalan yo epi yo vin yon elèktron gratis. Menm ak yon ti kantite enèji, elektwon yo eksteryè nan yon kondiktè ka jenere mouvman direksyon.
Semiconductors intrinsèques yo gratis nan enpurte. Lè yon elèktron kraze gratis nan yon kosyon kovalan, li kite dèyè yon pòs vid li te ye tankou yon twou. Nan semi -conducteurs intrinsèques, kantite elektwon gratis ki egal a kantite twou, epi yo pwodwi nan pè. Estrikti a kristal, twou, ak elektwon gratis yo ilistre nan figi ki anba a:
1.2.1 Estrikti kristal nan semi -kondiktè intrinsèques (kontinye)
Si se yon jaden elektrik ekstèn aplike atravè yon semi -conducteurs intrinsèques:
1, elektwon gratis deplase direksyon, fòme yonelèktron aktyèl.
2, akòz prezans nan twou, elektwon valans deplase nan yon direksyon espesifik yo ranpli twou sa yo, sa ki lakòz twou yo tou sibi mouvman direksyon (depi elektwon gratis ak twou yo pwodwi nan pè). Mouvman sa a nan twou fòme yontwou aktyèl. Kòm elektwon gratis ak twou pote chaj opoze ak deplase nan direksyon opoze, aktyèl la total nan yon semi -conducteurs intrinsèques se sòm nan de kouran sa yo.
Fenomèn ki anwo yo demontre ke tou de twou ak elektwon gratis aji kòm patikil ki pote chaj elektrik (patikil sa yo relechaj transpòtè). Se konsa, tou de se transpòtè chaj. Sa a fè distenksyon semi -conducteurs intrinsèques soti nan kondiktè: nan kondiktè, gen yon sèl kalite konpayi asirans chaj, tandiske nan semi -kondiktè intrinsèques, gen de kalite transpòtè chaj.
1.2.2 konsantrasyon konpayi asirans nan semi -kondiktè intrinsèques
Fenomèn nan kote yon semi -conducteurs jenere gratis elèktron - pè twou anba eksitasyon tèmik yo releeksitasyon intrinsèques.
Pandan mouvman an o aza nan elektwon gratis, lè yo rankontre twou, elektwon yo gratis ak twou ansanm disparèt. Fenomèn sa a relerekombinasyon. Nimewo a nan gratis elèktron - pè twou ki te pwodwi pa eksitasyon intrinsèques egal kantite elektwon gratis - pè twou ki recombine, reyisi yon ekilib dinamik. Sa vle di ke nan yon sèten tanperati, konsantrasyon yo nan elektwon gratis ak twou yo se menm bagay la.
Lè tanperati a anbyen leve, mouvman tèmik entansifye, ak plis elektwon gratis kraze gratis nan kontrent yo nan elektwon valans, ki mennen ale nan yon ogmantasyon nan twou. Kontinwe, konsantrasyon an konpayi asirans ogmante, amelyore konduktiviti. Kontrèman, lè tanperati a diminye, konsantrasyon an konpayi asirans diminye, diminye konduktiviti. Lè tanperati a desann nan zewo absoli (0 K), elektwon valans manke enèji a kraze gratis nan lyezon kovalan, sa ki lakòz pa gen okenn konduktiviti.
Nan semi -kondiktè intrinsèques, konduktiviti enplike nan mouvman an nan de kalite transpòtè chaj. Malgre ke konduktiviti nan semi -kondiktè intrinsèques depann sou tanperati a, li rete trè pòv akòz estrikti cristalline yo. Malgre konduktiviti pòv yo, semi -kondiktè intrinsèques montre fò contrôleur nan pwopriyete kondiktè yo.
1.3 Semiconductors doped
Seksyon sa a pral eksplike poukisa semi -kondiktè intrinsèques montre tankou contrôleur fò nan konduktiviti. Isit la, nou pral itilize pwopriyete sa a nan semi -kondiktè:Trace kantite enpurte ka siyifikativman chanje konduktiviti yo.
"Dopan" refere a pwosesis la nan entwodwi eleman ki apwopriye malpwòpte nan yon semi -conducteurs intrinsèques. Tou depan de ki kalite eleman malpwòpte te ajoute, semi -kondiktè doped ka klase nanN - Kalite SemiconductorsakP - Kalite Semiconductors. Pa kontwole konsantrasyon nan eleman yo malpwòpte, konduktiviti nan semi -conducteurs doped la ka jisteman reglemante.
1.3.1 N - Kalite Semiconductor
"N" vle di pouNegatif, kòm elektwon pote yon chaj negatif ak yo ki lejè. Pou entwodwi elektwon adisyonèl nan estrikti kristal la, eleman pentavalent (egzanp, fosfò, p) yo tipikman doped nan semi -conducteurs la. Depi yon atòm fosfò gen senk elektwon valans, apre yo fin fòme lyezon kovalan ak atòm Silisyòm ki antoure, yon sèl elèktron siplemantè rete. Sa a elèktron ka fasilman vin yon elèktron gratis ak opinyon enèji minim. Atòm nan malpwòpte, kounye a fiks nan lasi a kristal ak manke yon elèktron, vin tounen yon ion imobilye pozitif. Sa a se ilistre nan figi ki anba a:
1.3.1 N - Kalite Semiconductor (kontinye)
Nan yon n - kalite semi -conducteurs, konsantrasyon an nan elektwon gratis ki pi gran pase sa yo ki an twou. Se poutèt sa, yo rele elektwon gratisMajorite transpòtè(rle), pandan y ap twou yo reletranspòtè minorite yo(minè). Se konsa, konduktiviti nan yon n - Semiconductor tipikman depann sou elektwon gratis. Pi wo a konsantrasyon an nan enpurte doped, pi gwo a konsantrasyon an nan transpòtè majorite, ak pi fò nan konduktiviti la.
Se pou nou egzaminen ki jan konsantrasyon an nan transpòtè minorite chanje lè konsantrasyon nan konpayi asirans majorite ogmante. Konsantrasyon konpayi asirans minorite a diminye paske nimewo a ogmante nan elektwon gratis ogmante pwobabilite pou recombination ak twou.
Lè tanperati a leve, kantite transpòtè ogmante, ak ogmantasyon nan transpòtè majorite ki egal a ogmantasyon nan transpòtè minorite yo. Sepandan, chanjman nan pousantaj nan konsantrasyon konpayi asirans minorite se pi wo pase sa yo ki an transpòtè majorite (akòz konsantrasyon yo baz diferan nan minorite yo ak élèves, menm si ogmantasyon nan nimerik se menm bagay la tou). Se poutèt sa, byenke konsantrasyon an nan transpòtè minorite ki ba, yo pa ta dwe souzèstime. Transpòtè minorite yo se yon faktè kritik ki afekte estabilite tanperati a nan aparèy semi -conducteurs, e konsa konsantrasyon yo dwe tou dwe konsidere.
1.3.2 P - Kalite Semiconductor
"P" vle di pouPozitif, yo te rele apre twou yo chaje pozitivman. Pou entwodwi twou adisyonèl nan estrikti kristal la, eleman trivalent (egzanp, bor, b) yo tipikman doped nan semi -conducteurs la. Lè yon atòm bor fòme lyezon kovalan ak atòm Silisyòm ki antoure, li kreye yon pòs vid (ki se elektrik net). Lè yon elèktron valans ki sòti nan yon atòm vwazen Silisyòm ranpli pòs vid sa a, kosyon kovalan an jenere yon twou. Atòm nan malpwòpte Lè sa a, vin tounen yon ion imobilye negatif. Sa a se ilistre nan figi ki anba a:
1.3.2 P - Kalite Semiconductor (kontinye)
Konpare ak N - Kalite Semiconductors, nan P - Kalite Semiconductors:
Twou yo se transpòtè yo majorite, pandan y ap elektwon gratis yo se transpòtè yo minorite yo.
Konduktivite prensipalman depann sou twou. Pi wo konsantrasyon an nan enpurte doped, pi gwo a konsantrasyon nan twou, ki mennen ale nan pi fò konduktiviti (kòm pòs ki vid yo nan atòm malpwòpte absòbe elektwon). Konsantrasyon konpayi asirans minorite a diminye.
Lè tanperati a leve, chanjman nan pousantaj nan konsantrasyon elèktron gratis se pi wo pase sa yo ki an konsantrasyon twou.