Rodzaje półprzewodników: definicja, właściwości i klasyfikacja, zastosowania

Rozpowszechnienie różnego rodzaju półprzewodników (PP) w przyrodzie jest duże, ale nie mniej materiałów o unikalnych właściwościach powstaje przez dodanie jednych pierwiastków chemicznych do innych. Nowe substancje otrzymują dodatkowe przydatne właściwości, które rozszerzają zakres zastosowania. Materiały półprzewodnikowe znajdują zastosowanie zarówno w przemyśle ogólnobudowlanym, jak iw przemyśle elektronicznym.

Definicja i właściwości

Półprzewodniki to substancje, które mają słabo wyraźne właściwości przepuszczalności elektrycznej metali. i izolatorów jednocześnie istnieje zależność ruchu prądu od temperatury, promieniowania i stężenia zanieczyszczenia. Wydaje się, że grupa półprzewodników składa się z większej liczby materiałów niż metali i dielektryków razem wziętych. Dostępne właściwości substancji są wyjątkowe:

1. Właściwa oporność elektryczna PP spada wraz z nagrzewaniem się ciała, w przeciwieństwie do metali, gdzie wzrost temperatury powoduje wzrost oporności. W rezultacie wzrasta przewodnictwo. Po schłodzeniu do zera absolutnego - minus 273 ºC, PP zyskują zdolność stania się izolatorami, dielektrykami.
   instagram viewer
2. Przepuszczalność jednostronna na styku 2 półprzewodników - ta właściwość była impulsem do powstania urządzeń prostownikowych: tyrystorów, diod i tranzystorów.
3. Pojawienie się elektrycznej siły napędowej w określonych warunkach: gdy styki półprzewodnikowe są rozgrzane, pojawia się prąd termiczny, a oświetlenie wywołuje napięcie efektu fotoelektrycznego. PP zamienia energię słoneczną na prąd elektryczny, a przedmiot metalowy nie ma tej właściwości.
4. Wzrost przewodnictwa uzyskuje się poprzez wprowadzenie do czystej sieci krystalicznej PP zanieczyszczenia, innego pierwiastka chemicznego. Takimi substancjami będą fosfor, bor i inne dodatki do krzemu.

Ze względu na ich specyficzne właściwości, zastosowanie materiałów półprzewodnikowych jest szerokie: mikroelektronika, przemysłowa produkcja maszyn oraz niektóre rodzaje PP są surowcami do budowy materiały. Istnieje kilka rodzajów elementów, mają one różne przeznaczenie i indywidualne cechy konstrukcyjne.

Rodzaje i podział półprzewodników

Istnieje wiele rodzajów PP i dla wygody są one klasyfikowane według różnych kryteriów. Największe rozgraniczenie typów półprzewodników dokonuje się według składu:

1. Proste materiały: krystaliczne pierwiastki chemiczne selen Se, krzem Si, german Ge zajęły własną niszę używać i są nakładane niezależnie, w przeciwieństwie do innych, które są częściej dodawane z dodatkami stopowymi w celu uzyskania kompozyt PP. Są to pierwiastki antymon Sb, węgiel C, tellur Te, bor B, jod I, siarka S.
2. Złożone materiały półprzewodnikowe - zawierają kombinacje chemiczne w ilości 2, 3 lub więcej nazw. PP, składający się z dwóch jednostek, nazywany jest binarnym i rozróżnia składnik, którego cechy metalowe wydają się słabsze: siarczki, jeśli siarka jest obecna, tellurki (Te), arsenki (As), węgliki ©, selenki (Se).
3. Tlenki metali - wolfram, kadm, tytan, miedź, molibden i inne. Do tej grupy należą kompozycje na bazie tytanianu baru, cynku i innych związków nieożywionych z niewielkimi dodatkami.
4. Półprzewodniki organiczne to barwniki lub pigmenty naturalne w postaci amorficznych i krystalicznych proszków, filmów.

Zgodnie z posiadanymi właściwościami płytki PCB dzielą się na diody, tranzystory i tyrystory. Do pierwszych należą 2 kryształy półprzewodników o różnej przepuszczalności. Konstrukcja wykonana jest punktowo – z krzemu i metalowej igły, a płaska – ze stopu germanu i indu.

Tranzystory składają się z 3 PP: 2 mają równą zdolność przepuszczania prądu, a trzeci ma przewodność o przeciwnej wartości. Elementy urządzenia nazywane są podstawą, kolektorem i emiterem. Stosowany jako wzmacniacze sygnałów elektrycznych.

Tyrystory to współczesne przetworniki ruchu. Różnią się one od tranzystorów celem: nie mogą zmieniać prądu: ich funkcją jest przełączanie przewodności na wysoką lub niską.

Zastosowanie materiałów uniwersalnych

Po raz pierwszy PP w elektrotechnice zaczęto stosować do produkcji prostowników selenowych prądu przemiennego. Od tego czasu postęp poczynił ogromne postępy, a dziś urządzenia wykorzystujące materiały półprzewodnikowe są wszechobecne. Oto niektóre z nich:

• zawory germanowe i krzemowe w układach scalonych przemysłu radioelektronicznego - miniaturowe tranzystory, oporniki i diody, prostowniki wysokonapięciowe do linii przesyłowych prądu stałego;
• wariatory - stabilizatory różnych napięć i regulatory prędkości silników elektrycznych wysokiej częstotliwości;
• termistory (termistory) - mają wysoki moduł odporności na temperaturę i są stosowane w urządzeniach automatyki i elektroniki radiowej;
• fotokomórki i diody elektroluminescencyjne na bazie krzemu i germanu są wykorzystywane w bateriach słonecznych do przekształcania energii promieniowania naturalnego w prąd elektryczny, również w kosmosie;
• warystory są rezystancjami nieliniowymi, służą jako ochrona przed wartościami granicznymi napięcia, jego stabilizacja w telewizorach i wyświetlaczach;
• półprzewodniki organiczne są niezbędne w złożonych układach fizykochemicznych i tkankach biologicznych: wysoka odporność na promieniowanie pozwala na stosowanie ich w przestrzeni kosmicznej, telewizorach OLED, monitorach i wyświetlacze.

Urządzenia elektryczne są głównym, ale nie jedynym przeznaczeniem materiałów półprzewodnikowych. Krzem - zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 30%, dlatego pierwiastek wykorzystywany jest również do celów prozaicznych.

W metalurgii Si służy do usuwania tlen topi się oraz nadanie kompozycji żelaza i metali nieżelaznych zwiększonej odporności na korozję, zwiększonej wytrzymałości. Nadmiar krzemu powoduje kruchość.

Przy produkcji związków krzemoorganicznych i krzemków, przemysł cementowy, szklarski, ceramiczny i elektryczny również wykorzystuje półprzewodniki. W sumie istnieje ponad 20 obszarów zastosowań PP, z ich pomocą rozwiązują problemy wytwarzania i przesyłu różnych rodzajów energii, wytwarzania ciepła i chłodu, realizacji innych procesów.