Apeere ti semiconductors. Oniru,-ini, wulo ohun elo

Awọn julọ olokiki ni awọn semikondokito ohun alumọni (Si). Ṣugbọn yato si lati rẹ, nibẹ ni o wa ọpọlọpọ awọn miran. Apeere wa ni adayeba, iru semikondokito ohun elo bi blende (ZnS), cuprite (Cu _2), galena (PBS) ati ọpọlọpọ awọn miran. Ebi ti semiconductors, pẹlu semiconductors pese sile ni kaarun, o duro ọkan ninu awọn julọ Oniruuru kilasi awọn ohun elo mo si eniyan.

Karakitariasesonu ti semiconductors

Ninu awọn 104 eroja ti awọn igbakọọkan tabili ni o wa awọn irin 79, 25 - nonmetals lati ti awọn 13 kemikali eroja gbà semiconducting ini ati 12 - aisi-itanna. Main semikondokito ẹya-ara oriširiši ni pe won elekitiriki mu significantly pẹlu jijẹ liLohun. Ni iwọn kekere, won huwa bi insulators, ati ni ga - bi conductors. Awọn wọnyi ni semiconductors wa ti o yatọ lati irin: irin resistance mu proportionally si awọn ilosoke ninu otutu.

Miran iyato lati awọn semikondokito irin ni wipe awọn resistance ti awọn semikondokito n dinku labẹ awọn ipa ti ina, nigba ti ni igbehin awọn irin ti wa ni ko ni fowo. Tun awọn elekitiriki ti semiconductors yatọ nigba ti a nṣakoso lati kan kekere iye ti aimọ.

Semiconductors ti wa ni ri lãrin kemikali agbo pẹlu o yatọ gara ẹya. Awọn wọnyi le jẹ eroja bi ohun alumọni ati selenium, tabi ė agbo bi gallium arsenide. Ọpọlọpọ awọn Organic orisirisi agbo ogun, gẹgẹ bi awọn polyacetylene, (CH) _n, - semikondokito ohun elo. Awọn semiconductors fi han se (CD _1-x Mi _x Te) tabi ferroelectric-ini (SbSI). Miiran alloying pẹlu to di superconductors (GeTe ati SrTiO _3). Ọpọlọpọ awọn ti awọn rinle awari ga-otutu superconductors ni ti fadaka semiconducting alakoso. Fun apẹẹrẹ, La ₂ CuO ₄ ni a semikondokito, ṣugbọn awọn Ibiyi ti awọn alloy pẹlu SR di sverhrovodnikom (La _1-x SR _{x) 2} CuO _4.

Physics iwe fun definition bi awọn semikondokito awọn ohun elo ti pẹlu ohun itanna resistivity ti lati 10 ^-4 to 10 ⁷ ohms · m. Boya yiyan definition. Awọn iwọn ti awọn ewọ iye ti awọn semikondokito - lati 0 si 3 eV. Awọn irin ati semimetals - a awọn ohun elo ti pẹlu odo agbara aafo, ati awọn nkan na ni eyi ti o ti koja W eV ti a npe ni insulators. Nibẹ ni o wa awọn imukuro. Fun apẹẹrẹ, a semikondokito Diamond ni o ni kan jakejado ewọ ibi 6 eV, a ologbele-insulating GaAs - 1,5 eV. Nipa, a ohun elo ti fun optoelectronic ẹrọ ni blue ekun, ni o ni a ewọ iye iwọn ti 3.5 eV.

agbara aafo

Valence orbitals ti awọn ọta ni gara latissi wa ni pin si meji awọn ẹgbẹ ti agbara awọn ipele - a free ibi kan, o le je ni ga ipele, ati ipinnu awọn itanna elekitiriki ti semiconductors, ati awọn valence iye, ni isalẹ. Awọn wọnyi ni awọn ipele, ti o da lori awọn isedogba ti awọn gara latissi be ati awọn ọta le intersect tabi wa ni B lati kọọkan miiran. Ninu awọn igbehin nla nibẹ jẹ ẹya agbara gboro, tabi ni gbolohun miran, laarin awọn ewọ iye ita.

Awọn ipo ati awọn nkún ipele ti wa ni ṣiṣe nipasẹ awọn conductive-ini ti awọn ohun elo. Ni ibamu si ẹya ara ẹrọ yi nkan pin nipasẹ awọn conductors, insulators, ati semiconductors. Awọn iwọn ti awọn ewọ iye ti awọn semikondokito yatọ 0.01-3 eV, awọn agbara aafo ti awọn aisi-itanna ju 3 eV. Awọn irin nitori awọn ni lqkan ti agbara ela awọn ipele wa ni ko.

Semiconductors ati insulators, ni idakeji si awọn irin, awọn elekitironi ti wa ni kún valence iye ati awọn ti o sunmọ free agbegbe aago, tabi awọn afonahan iye, awọn valence agbara ti wa ni lule ni pipa lati rupture - ìka ti ewọ okunagbara ti elekitironi.

Ni dielectrics gbona agbara tabi ti aifiyesi ina oko ni ko ti to lati ṣe awọn fo nipasẹ yi o gboro, awọn elekitironi wa ni ko koko-ọrọ awọn afonahan iye. Wọn ti wa ni lagbara lati gbe nipasẹ awọn gara latissi ati ki o di ẹjẹ ti awọn ina ti isiyi.

Lati energize awọn itanna elekitiriki, ohun itanna ninu awọn valence ipele yẹ ki o wa fi fun awọn agbara, eyi ti yoo jẹ to lati bori awọn agbara gboro. Nikan nigbati awọn iye ti agbara gbigba ni ko kere ju iye ti agbara gboro, yoo ṣe lati valence itanna ipele lori awọn afonahan ipele.

Ni ti nla, ti o ba awọn iwọn ti awọn agbara aafo koja 4 eV, elekitiriki semikondokito inudidun si itanna tabi alapapo jẹ fere soro - awọn inudidun agbara ti awọn elekitironi ni yo otutu ni ko to lati sí agbara aafo nipasẹ awọn ibi kan. Nigba ti kikan, awọn gara melts ṣaaju ki o to awọn ẹrọ itanna elekitiriki. Iru oludoti ni kuotisi (DE = 5,2 eV), Diamond (DE = 5,1 eV), ọpọlọpọ awọn iyọ.

Extrinsic ati ki o ojulowo elekitiriki semikondokito

Net semikondokito kirisita ni ojulowo elekitiriki. Iru semiconductors dara awọn orukọ. Ojulowo semikondokito ni awọn ohun dogba nọmba ti ihò ati ki o free elekitironi. Nigbati alapapo ojulowo elekitiriki ti semiconductors posi. Ni ibakan otutu, nibẹ ni a majemu ti ìmúdàgba-wonsi iye ti ipilẹṣẹ itanna-iho orisii ati awọn nọmba ti recombining elekitironi ati ihò, eyi ti o wa ibakan labẹ awọn ipo.

Niwaju impurities significantly ni ipa lori awọn itanna elekitiriki ti semiconductors. Fifi wọn faye gba gidigidi jijẹ nọmba ti free elekitironi ni a kekere nọmba ti ihò ati mu awọn nọmba ti ihò pẹlu kan kekere nọmba ti elekitironi ninu awọn afonahan ipele. Aimọ semiconductors - awọn conductors nini awọn aimọ elekitiriki.

Impurities ti wa ni rọọrun kun elekitironi wa ni a npe olugbeowosile. Olugbeowosile impurities ni o le wa kemikali eroja pẹlu awọn ọta, awọn valence awọn ipele ti o ni awọn diẹ elekitironi ju awọn ọta ti awọn mimọ awọn ohun elo ti. Fun apẹẹrẹ, irawọ owurọ ati bismuth - a alumọni olugbeowosile impurities.

Ni agbara beere fun awọn fo ti ohun itanna ninu awọn afonahan ekun, ni a npe ni ibere ise agbara. Aimọ semikondokito nilo a Pupo kere ti o ju awọn mimọ awọn ohun elo ti. Pẹlu kan diẹ alapapo tabi ina bori ni ominira elekitironi ti awọn ọta ti awọn aimọ semiconductors. Gbe fi atomu gba ohun itanna iho. Ṣugbọn awọn itanna iho ikojọpọ tuntun ko ni gba ibi. olugbeowosile iho elekitiriki jẹ ti aifiyesi. Eleyi jẹ nitori a kekere iye ti aimọ awọn ọta ko gba laaye free elekitironi igba jo si iho ati lati mu o. Electrons o wa diẹ ninu ihò, sugbon ni o wa ko ni anfani lati kun wọn nitori insufficient agbara ipele.

A diẹ aropo olugbeowosile aimọ orisirisi awọn bibere mu ki awọn nọmba ti afonahan elekitironi ni lafiwe pẹlu awọn nọmba ti free elekitironi ninu awọn ojulowo semikondokito. Electrons nibi - awọn ifilelẹ ti awọn ẹjẹ ti atomiki owo ti aimọ semiconductors. Awon oludoti wa si n-Iru semiconductors.

Impurities ti dè elekitironi ti awọn semikondokito, jijẹ nọmba ti ihò ni o, ti a npe acceptor. Acceptor impurities ni o wa kemikali eroja pẹlu kan kere nọmba ti elekitironi ni valence ipele ju awọn mimọ ti awọn semikondokito. Boron, gallium, indium - acceptor aimọ ni ohun alumọni.

Awọn abuda kan ti awọn semikondokito ni o wa ti o gbẹkẹle lori awọn oniwe-gara be abawọn. Eleyi fa awọn tianillati ti dagba lalailopinpin funfun kirisita. Awọn sile ti awọn semikondokito afonahan dari nipasẹ awọn afikun ti dopants. Ohun alumọni kirisita doped pẹlu irawọ owurọ (V egbe kekere ano) eyi ti o jẹ a olugbeowosile lati ṣẹda gara ohun alumọni n-iru. Fun gara pẹlu kan p-Iru ohun alumọni nṣakoso boron acceptor. Semiconductors san Fermi ipele lati gbe o sinu arin ti awọn iye aafo da ni ona yi.

nikan-ano semiconductors

Awọn wọpọ semikondokito ni, dajudaju, ohun alumọni. Pọ pẹlu Germany, o si wà ni Afọwọkọ kan ti o tobi kilasi ti semiconductors ti o ni iru gara ẹya.

Be gara Si ati Ge ni o wa kanna bi ti o ti Diamond ati α-tin. O yi kọọkan atomu 4 sunmọ awọn ọta ti o fẹlẹfẹlẹ kan ti tetrahedron. Iru eto ni a npe ni merin ni igba. Kirisita tetradricheskoy mnu, irin mimọ fun awọn Electronics ile ise ati ki o mu a bọtini ipa ni igbalode Bluetooth. Diẹ ninu awọn ti awọn eroja V ati VI ti awọn igbakọọkan tabili Ẹgbẹ ni o wa tun semiconductors. Apeere ti yi iru ti semiconductors - irawọ owurọ (P), efin (S), selenium (Se) ati tellurium (Te). Awọn wọnyi semiconductors le jẹ meteta awọn ọta (P), disubstituted (S, Se, Te) tabi a mẹrin-agbo itoju. Bi awọn kan abajade iru eroja le tẹlẹ ninu orisirisi ti o yatọ okuta ẹya, ati ki o tun wa ni pese sile ni awọn fọọmu ti gilasi. Fun apẹẹrẹ, Se po ni monoclinic ati trigonal gara ẹya tabi bi a window (eyi ti o le tun ti wa ni bi a polima).

- Diamond ni o ni o tayọ gbona iba ina elekitiriki, o tayọ darí ati opitika-ini, ga darí agbara. Awọn iwọn ti awọn agbara aafo - De = 5,47 eV.

- alumọni - semikondokito lo ni oorun ẹyin, ati amorphous fọọmu, - ni kan tinrin-fiimu oorun ẹyin. O ti wa ni julọ lo ni semikondokito oorun ẹyin, rọrun lati manufacture, ni o ni ti o dara itanna ati darí ini. DE = 1,12 eV.

- Germanium - semikondokito lo ninu awọn gamma-ray sipekitirosikopi, ga išẹ oorun ẹyin. Lo ni akọkọ diodes ati transistors. O nilo kere ninu ju ohun alumọni. DE = 0,67 eV.

- selenium - a semikondokito, eyi ti o ti lo ni selenium rectifiers nini kan to ga Ìtọjú resistance ati awọn agbara lati sàn ara.

Meji-ano agbo

-Ini ti Semiconductors akoso eroja 3 ati 4 ti awọn igbakọọkan tabili awọn ẹgbẹ jọ awọn -ini ti agbo 4 ẹgbẹ. Awon orilede lati awọn 4 awọn ẹgbẹ ti eroja to agbo 3-4 gr. O mu ibaraẹnisọrọ gba nitori ionic idiyele irinna elekitironi lati ẹya atomu to Atomu 3 Group 4 Group. Ionicity ayipada awọn-ini ti semiconductors. O fa ohun ilosoke ninu awọn Coulomb agbara ati dẹlẹ-dẹlẹ ibaraenisepo agbara gboro itanna iye be. Apere alakomeji agbo ti yi iru - indium antimonide, InSb, gallium arsenide GaAs, gallium antimonide GaSb, indium phosphide INP, aluminiomu antimonide AlSb, gallium phosphide gboro.

Ionicity posi ati awọn oniwe-iye gbooro sii awọn ẹgbẹ ni agbo 2-6 agbo, gẹgẹ bi awọn cadmium selenide, sinkii sulfide, cadmium sulfide, cadmium telluride, sinkii selenide. Bi awọn kan abajade, awọn opolopo ninu agbo 2-6 ẹgbẹ ewọ iye anfani ju 1 eV, ayafi Makiuri agbo ogun. Mercury Telluride - lai agbara gboro semikondokito, ologbele-irin, bi α-tin.

Semiconductors 2-6 awọn ẹgbẹ pẹlu kan ti o tobi agbara gboro ri lilo ni isejade ti ẹrọ iyipada ati ki o han. Alakomeji awọn ẹgbẹ 6 2- yellow pẹlu kan dín gboro agbara dara fun infurarẹẹdi awọn olugba. Alakomeji agbo ogun ti eroja ti awọn ẹgbẹ 1-7 (cuprous bromide CuBr, AGI fadaka iodide, Ejò kiloraidi CuCl) nitori awọn ga ionicity ni anfani bandgap W eV. Won ko ba ko kosi semiconductors, ati insulators. Crystal idagba anchoring agbara nitori Coulomb interionic ibaraenisepo sise structuring awọn ọta iyo pẹlu kẹfa ibere, dipo ti awọn kuadiratiki ipoidojuko. Agbo 4-6 awọn ẹgbẹ - sulfide, asiwaju telluride, tin sulfide - bi semiconductors. Ionicity ninu awọn oludoti tun nse ni Ibiyi sixfold itoju. Elo ionicity ko ki won niwaju won ni a gidigidi dín iye ela, won le wa ni lo fun gbigba infurarẹẹdi Ìtọjú. Gallium nitride - a yellow ẹgbẹ 3-5 pẹlu kan jakejado agbara gboro, ri elo ni semikondokito ẹrọ iyipada ati ina-emitting diodes ọna ni blue apa ti awọn julọ.Oniranran.

- GaAs, gallium arsenide - lori eletan lẹhin ti awọn keji ohun alumọni semikondokito ti wa ni commonly lo bi awọn kan sobusitireti fun awọn miiran conductors, fun apẹẹrẹ, GaInNAs ati InGaAs, ni setodiodah infurarẹẹdi, ga igbohunsafẹfẹ transistors ati ICS, gíga daradara oorun ẹyin, lesa diodes, aṣawari ti iparun ni arowoto. DE = 1,43 eV, eyi ti o se awọn agbara ẹrọ bi akawe pẹlu ohun alumọni. Brittle, ni awọn diẹ impurities soro lati lọpọ.

- ZnS, sinkii sulfide - sinkii iyọ ti hydrogen sulphide pẹlu awọn ewọ iye ita ati 3,54 3,91 eV, lo ninu ẹrọ iyipada ati bi a phosphor.

- SNS, tin sulfide - semikondokito lo ninu photoresistors ati photodiodes, de = 1,3 ati 10 eV.

oxides

Awọn irin oxides pelu ni o wa o tayọ insulators, ṣugbọn nibẹ ni o wa imukuro. Apeere ti yi iru ti semiconductors - nickel afẹfẹ, Ejò ohun elo afẹfẹ, koluboti afẹfẹ, Ejò oloro, irin ohun elo afẹfẹ, europium afẹfẹ, sinkii afẹfẹ. Niwon Ejò oloro wa bi awọn erupe cuprite, awọn oniwe-ini won iwadi intensively. Awọn ilana fun awọn ogbin ti yi iru semikondokito jẹ ko sibẹsibẹ šee igbọkanle ko o, ki won lilo ni si tun ni opin. Ohun sile ni sinkii afẹfẹ (ZnO), yellow awọn ẹgbẹ 2-6, o ti lo bi awọn transducer ati ni isejade ti alemora teepu ati plasters.

Awọn ipo yi pada bosipo lẹhin ti superconductivity a ti se awari ni ọpọlọpọ awọn agbo ti Ejò pẹlu atẹgun. Ni igba akọkọ ti ga otutu superconductor ṣii Bednorz ati Muller, ti a yellow semikondokito da lori La ₂ CuO _4, agbara aafo ti 2 eV. Substituting divalent trivalent lanthanum, barium tabi strontium, a ṣe sinu semikondokito idiyele ẹjẹ ti ihò. Iyọrisi awọn pataki iho fojusi mu La ₂ CuO ₄ superconductor. Ni akoko yi, ga otutu ti orilede si awọn superconducting ipinle je ti yellow HgBaCa ₂ Cu ₃ Iwọ _8. Ni ga titẹ, awọn oniwe-iye jẹ 134 K.

ZnO, sinkii afẹfẹ varistor ti lo, bulu ina-emitting diodes, gaasi sensosi, ti ibi sensosi, epo windows lati fi irisi infurarẹẹdi ina, bi a adaorin ni LCD han ati oorun awọn batiri. DE = 3,37 eV.

siwa kirisita

Double agbo bi diiodide asiwaju, gallium selenide ati molybdenum disulphide yato siwa gara be. Awọn fẹlẹfẹlẹ ni o wa covalent ìde ti akude agbara, Elo ni okun sii ju awọn van der Waals ìde laarin awọn fẹlẹfẹlẹ ara wọn. Semiconductors iru Iru wa ni awon nitori awọn elekitironi huwa ni fẹlẹfẹlẹ ti a kioto-meji-onisẹpo. Ibaraenisepo ti fẹlẹfẹlẹ ti wa ni yi pada nipa to ni lenu ita awọn ọta - intercalation.

Mos _2, molybdenum disulfide o ti lo ni ga igbohunsafẹfẹ aṣawari, rectifiers, memristor, transistors. DE = 1,23 ati 1.8 eV.

Organic semiconductors

Apeere ti semiconductors lori ilana ti Organic agbo - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. Organic semiconductors ni ohun anfani lori ti kii-Organic: nwọn ba wa ni rorun lati impart awọn ti o fẹ didara. Oludoti pẹlu conjugate ìde dagba -C = C-C = gbà idaran ti opitika ti kii-linearity ati, nitori eyi, ni optoelectronics gbẹyin. Jubẹlọ, awọn agbara band aafo Organic semikondokito yellow ti awọn agbekalẹ yatọ ayipada ti Elo rọrun ju wipe ti mora semiconductors. Okuta allotropes ti erogba fullerenes, Graphene, nanotubes - tun semiconductors.

- Fullerene ni o ni a be ni awọn fọọmu ti a titi rubutu ti polyhedron ugleoroda ani nọmba ti awọn ọta. A doping fullerene C ₆₀ pẹlu ohun alkali irin iyipada o sinu kan superconductor.

- lẹẹdi erogba monoatomic Layer ti wa ni akoso, ti wa ni ti sopọ ni a meji-onisẹpo hexagonal ọlọnà. Gba ni o ni elekitiriki ati awọn itanna arinbo, ga rigidity

- Nanotubes ti wa ni ti yiyi sinu kan tube lẹẹdi awo nini kan opin ti awọn orisirisi nanometers. Awọn wọnyi ni iwa ti erogba ni nla ìlérí ni nanoelectronics. Ti o da lori awọn powder le jẹ ti fadaka tabi semikondokito didara.

se semiconductors

Agbo pẹlu se ions ti europium ati manganese ni iyanilenu se ati semiconducting-ini. Apeere ti yi iru ti semiconductors - europium sulfide, selenide europium ati ki o ri awọn solusan, iru CD _1-x Mi _x Te. Awọn akoonu ti awọn se ions ni ipa mejeeji oludoti ti olohun se ini bi ferromagnetism ati antiferromagnetism. Semimagnetic semiconductors - ni a lile se semiconductors solusan eyi ti o ni se ions ni kekere fojusi. Iru ri solusan fa akiyesi rẹ afojusọna ki o si nla pọju ti o ti ṣee ohun elo. Fun apẹẹrẹ, ni idakeji si awọn ti kii-se semiconductors, won le de ọdọ kan million igba o tobi Faraday yiyi.

Strong magnetooptical ipa ti se semiconductors gba won lilo fun opitika awose. Perovskites, bi Mi _0,7 CA _0,3 Iwọ _3, awọn oniwe-ini ti wa ni superior to irin-semikondokito orilede, eyi ti taara gbára lori awọn se aaye esi ninu awọn lasan ti omiran magneto-resistivity. Wọn ti wa ni lo ninu redio, opitika ẹrọ, eyi ti wa ni dari nipa a se aaye, a makirowefu waveguide awọn ẹrọ.

semikondokito ferroelectrics

Yi iru kirisita ni characterized nipa niwaju ninu wọn ina asiko ati iṣẹlẹ ti lẹẹkọkan apa otu ati ti osi. Fun apẹẹrẹ, iru-ini ti wa ni semiconductors ja titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, Germanium telluride, GeTe, tin telluride SnTe, eyi ti o ni iwọn kekere ni ferroelectric-ini. Awọn ohun elo ti wa ni lo ni iwọn opitika, piezoelectric sensosi ati iranti awọn ẹrọ.

A orisirisi ti semikondokito ohun elo

Ni afikun si semikondokito ohun elo darukọ loke, nibẹ ni o wa ọpọlọpọ awọn miran ti ko subu labẹ ọkan ninu awọn wọnyi orisi. Agbo ti agbekalẹ 1-3-5 eroja ₂ (AgGaS ₂₎ ati 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ fẹlẹfẹlẹ kan ti chalcopyrite gara be. Kan si tetrahedral agbo ikangun semiconductors 3-5 ki o si 2-6 awọn ẹgbẹ pẹlu kan sinkii blende gara be. Agbo eyi ti dagba semikondokito eroja 5 ati 6 awọn ẹgbẹ (iru si Bi ₂ Se _3), - awọn semikondokito ni awọn fọọmu ti gara tabi gilasi. Chalcogenides ti bismuth ati antimony wa ni lo ninu semikondokito thermoelectric Generators. Awọn-ini ti yi iru semikondokito jẹ lalailopinpin awon, sugbon ti won ti ko ni ibe gbale nitori si lopin ohun elo. Sibẹsibẹ, o daju pe won tẹlẹ, confirms niwaju ko sibẹsibẹ ni kikun yẹwo awọn aaye ti semikondokito fisiksi.