Жарым өткөргүчтөр мисалдары. Түрлөрү, касиеттери, практикалык колдонмолор

атактуу жарым өткөргүч кремний (Si) болуп саналат. Бирок Андан бөлүнүп, башка көптөгөн адамдар бар. Мисалы, жаратылыш, blende сыяктуу жарым өткөргүч материалдар (ZnS) болуп саналат, cuprite (Cu ₂ O), галенит (PbS) жана көптөгөн башкалар. анын ичинде лабораторияларда даярдалып, жарым өткөргүчтөр жарым үй-бүлө, адамга белгилүү болгон материалдарды абдан ар түрдүү класстар бири болуп саналат.

жарым Каармандар

мезгилдик 104 элементтердин металлдар бар 79, 25 - металл эместер 13 турган химиялык элементтер semiconducting өзгөчөлүктөргө ээ жана 12 - диэлектрика. Негизги жарым өткөргүч өзгөчөлүгү алардын өткөрүмдүүлүк температурасы жогорулатуу менен бир кыйла жогорулатат деп турат. төмөн температура кезинде, алар теплоизолятором сыяктуу кыймылдайт жана жогорку - кондуктор болуп. Бул Semiconductors металл айырмаланат: металл каршылык температуранын өсүшүнө жараша жогорулайт.

жарым өткөргүч металл дагы бир айырмасы акыркысынын металлдардын таасирин тийгизген эмес, ал эми Жарым каршылык, жарыктын таасири астында азайып баратат. Ошондой эле жарым өткөргүчтүк тазартуучу бир аз суммага колдонулса өзгөрөт.

Semiconductors ар түрдүү структуралар менен химиялык кошундулардын арасында кездешет. Бул, мисалы, мындай галлий арсениддер катары кремний жана селен, же эки кошулма катары элементтери болушу мүмкүн. Мындай polyacetylene сыяктуу көптөгөн органикалык кошулмалар, (CH) _н, - жарым өткөргүч материалдар. Айрым Semiconductors магнит (CD _{1-х х} Mn Te) же ferroelectric касиеттерин (SbSI) көрсөтүшөт. Башка жетиштүү Ом (Гете жана SrTiO ₃₎ болуу менен _{кошулмалары.} ачылган жогорку температурада, Ом көптөгөн металл semiconducting этабын бар. Мисалы, _Ла-2 CUO ₄ жарым өткөргүч болуп саналат, ал эми Sr менен эритмесин түзүү sverhrovodnikom болот (La _1-х Sr _{х) 2} CUO _4.

Ааламды окуу 10 ^-4 10 ⁷ OHMS · м электрдик каршылыгы менен жарым өткөргүч материал катары аныктама берген. Балким, башка аныктамасы. Жарым тыюу салынган топтун туурасы - 0 3 үй. Металлдар жана semimetals - нөл энергетикалык балансынын жана W уюм деп изоляторлору ашып турган зат менен материалдык. бөтөнчөлүктөрү бар. Мисалы, жарым өткөргүч алмаз бир тыюу салынган зона 6 EV бар, бир жарым-жылуулоо нахелей - 1,5 уюм. Ган, көк аймакта Optoelectronic түзмөктөр үчүн материал, 3,5 EV бир тыюу салынган тобу туурасын жазыла элек.

энергетикалык ажырым

кристаллдык решётканын атомдордун Петербург орбиталдарды энергия баскычтарында эки топко бөлүнөт - жогорку денгээлде жайгашкан эркин зонасында, ошондой эле төмөндө, жарым өткөргүчтөр электр өткөргүчтүгү, жана Санкт Петербург тобун аныктайт. Бул абалдары, кристалл каша структурасы жана атомдордун симметрия жараша кесилишинде же бири-биринен аралык менен болот. Акыркы учурда тыюу салынган топтун зоналардын, энергетикалык ажырым, же башкача айтканда, жок.

Жайгашуу жана толтуруу боюнча материалдарды өткөрүүчү касиеттери менен аныкталат. өткөрмөлөрү, теплоизолятором жана жарым өткөргүчтөр менен бөлүнгөн бул өзгөчөлүк байлыгына жараша. Жарым тыюу салынган топтун туурасы 0.01-3 EV, 3 EV караганда диэлектрика энергетикалык ажырым ар кандай. улам энергетикалык көйгөйлөр дегээлинде кабатталууга металлдар эмес.

Semiconductors жана изоляторлор, металлдардан айырмаланып, электрондор Петербург тобун жана жакынкы эркин экономикалык зона, же өткөрүү тобун толгон, Санкт Петербург энергетикалык айрылуусуна алып тосулган - электрон тыюу кыйгандан үлүшү.

диэлектрики жылуулук энергияны же анча электр талаасы бул тешиктен секирик жасоо үчүн жетиштүү эмес, электрондор өткөрүү топтун тийиш эмес. Алар кристаллдык решётканын аркылуу алышпайт жана электр тогун алып жүрүүчүлөр болуп саналат.

электр өткөргүчтүгү энергия үчүн, Санкт Петербург деъгээлинин бир электрон энергия ажырымды жоюу үчүн жетиштүү боло турган энергия, берилиши керек. энергетикалык балансынын маанисинен энергетикалык жутулушу суммасы гана эмес, кичине, өткөрүү боюнча электронду баштап өтөт.

Мындай учурда, энергия ажырымдын туурасы 4 EV ашса, өткөргүчтүк жарым өткөргүч козголгондо нурлануу же жылуулук дээрлик мүмкүн эмес - эрүү температурасы электрондордун козголгондо энергетикалык аймак аркылуу энергия ажырымды секирип үчүн жетиштүү эмес. жылытылат кийин, кристалл электрондук өткөрүүгө чейин эрийт. Мындай заттардын шпатын (DE = 5,2 EV) камтыйт, алмаз (DE = 5,1 EV), көп туздар.

Таандык жана ички өткөрүмдүүлүк жарым өткөргүч

Таза жарым өткөргүч кристаллдары ички өткөргүчтүгү бар. Мындай Semiconductors туура аттары. Intrinsic жарым өткөргүч тешиктер жана эркин электрондор бирдей санын камтыйт. Semiconductors жогорулайт ички өткөргүчтүгү жылытуу жатканда. туруктуу температурада, ушул шарттарда туруктуу бойдон динамикалык салмактуулук түзүлгөн электрон-тешик жуп электрондор менен тешиктерди recombining саны өлчөмүндө, бир шарт бар.

аралашмасы болушу кыйла жарым өткөргүчтөр электр өткөргүчтүгү таасир этет. кошуп, аларды өткөрүү деъгээлинин электрон бир аз сандагы көзөнөктү санын абдан тешиктерге бир аз сандагы бош электрон санын жана көбөйтүүгө жогорулатууга мүмкүндүк берет. Ыпыластык Semiconductors - ыпыластык өткөргүчтүгү менен өткөргөн.

Аралашканын жонокой электрон донордук деп белекке берилет. Донор аралашмалар негизги материал атомдору да көп электронду сыйдыра атомдордун, Санкт Петербург баскычтарында менен химиялык элементтердин болушу мүмкүн. Анткени, мисалы, канал жана кар - бир кремний донор кошулмалар.

энергия өткөрүү аймактагы электрондон Өтүү үчүн зарыл болгон, жандандыруу энергия деп аталат. Ыпыластык жарым өткөргүч негизги материал караганда бир топ азыраак болушу керек. бир аз жылытуу же жарык менен негизинен ыпыластык жарым атомдун электрондорду бошотту. Атом бир электрон тешик алат калтырып кой. Бирок электрон тешик биригип жуп боло бербейт. донордук тешик өткөрүмдүүлүк аз болуп саналат. Бул ыпыластык атом бир-аз, анткени тешик эркин электрондор көп жакын жол бербейт жана аны өткөрүү. Электрондор бир тешик бар, бирок ал жетишсиз энергиясы, аларды толтуруу мүмкүн эмес.

Бир аз кошумчалары донордук ыпыластык бир нече буйрук ички Жарым эркин электрондордун санына салыштырганда өткөрүү электрон санын көбөйтөт. Электрондор бул - ыпыластык жарым өткөргүчтөр атом айып негизги алып жүрүүчүлөр. Бул заттар N-түрү жарым өткөргүчтөр таандык.

Бул тешиктерге санын көбөйтүү Жарым электрон байлап аралашканын, Кабыл чакырды. Кабыл аралашмалар Жарым түбүнө караганда Петербург деъгээлинин электрон аз сандагы химиялык элементтер болуп саналат. Бор, галлий, индий - кремний менен Кабыл ыпыластык.

Жарым мүнөздөмөсү анын кристаллдык структурасынын кемчиликтерине көз каранды болуп саналат. Бул өтө таза кристаллдарды өсүп зарылдыгын пайда кылат. жарым өткөргүч өткөрүүнүн параметрлери dopants толуктоо тарабынан көзөмөлдөнөт. кристаллдык кремнийдин н-түрүн түзүү үчүн донор болуп саналат Кремний Phosphorus менен леген кристаллдары (V кичи элемент). бир б-түрү кремний башкарган бор Кабыл менен кристалл үчүн. Semiconductors ушундай жол менен түзүлгөн топтун ажырым кирип, аны жылдыруу үчүн Fermí денгээлин толтурулат.

бир элемент Semiconductors

таралган жарым өткөргүч, албетте, кремний болуп саналат. Бирге Германия менен, ал ушундай кристалл түзүлүшкө ээ жарым өткөргүчтөр бир чоң класстын прототиби болгон.

Түзүлүшү кристалл Si жана Ge алмаз, α-калай, ошондой эле болуп саналат. Бул кремний пайда ар бир атом 4 жакынкы атомдорду курчап. Мындай макулдашуу төрт жолу деп аталат. электроника өнөр жайы үчүн tetradricheskoy байланыш болот базасы кристаллдар жана заманбап технологиялар менен негизги ролду ойнойт. элементтер V жана мезгил-мезгили менен стол тобунун VI айрымдары да Semiconductors болуп саналат. жарым өткөргүчтөр бул түрү мисалдары - Phosphorus (P), күкүрт (S), селен (Se) жана теллур (Te). Бул Semiconductors үч атомдор (P) болушу мүмкүн, disubstituted (S, Se, Te) же төрт эсе макулдашуу. Натыйжада мындай элементтер бир нече ар кандай кристаллдар болушу мүмкүн, ошондой эле айнек түрүндө даярдалат. Мисалы, Se monoclinic жана trigonal кристалл структураларда же терезеден (ошондой эле бир полимер катары кабыл алынышы мүмкүн) болуп өскөн.

- Diamond мыкты жылуулук өткөргүчтүгү, сонун механикалык жана оптикалык касиеттери, жогорку механикалык күч бар. энергетикалык балансынын туурасы - де = 5,47 EV.

- Силикон - жука-фильм күн клеткаларда - күн клеткалар, жана кайдыгерлигинен түрүндө колдонулган жарым өткөргүч. Бул, абдан жарым өткөргүч күн клеткаларда, өндүрүшү үчүн жеңил колдонулат жакшы электрдик жана механикалык касиеттерге ээ. DE = 1,12 EV.

- германий - гамма-рентген спектроскопия, жогорку күн батареялары колдонулат жарым өткөргүч. Биринчи диоддор жана транзисторлорго колдонулат. Бул кремнийдин кем тазалоону талап кылат. DE = 0,67 EV.

- Селен - жогорку нурлануу каршылык жана өзүн айыктырууга жөндөмдүү экени селен rectifiers колдонулат бир жарым өткөргүч.

Эки элемент кошундулары

Жарым пайда болгон элементтер 3 жана мезгил-мезгили менен стол топтордун 4 касиеттери окшош кошундулардын касиети 4-топ. элементтердин ичинен 4-топтогу өтүү 3-4 гр күчөтөт үчүн. Бул атомдон иондук Акысыз транспорттук электрондор 3-топ 4-топ атомду жарым-жартылай, анткени байланышты түзөт. Ionicity жарым касиетин өзгөртөт. Бул Кулондук энергетика жана ион-ион өз ара энергетикалык ажырым электрон тобу түзүмүндө өсүшү себеп болот. Мындай түрдөгү мисал экилик кошулмалары - чегинүү antimonide, InSb, галлий арсениддер нахелей, галлий antimonide GaSb, индий phosphide InP, алюминий antimonide AlSb, германий ажырым.

Ionicity көбөйөт жана анын мааниси, мисалы, кадмий selenide, цинк sulfide, кадмий sulfide, кадмий Телирудедеги, цинк selenide сыяктуу топторду кошундуларда 2-6 кошундулары, өсөт. Натыйжада, сымап кошулмалардын башка кошулмалардын көпчүлүгү 2-6 топтору 1 EV кененирээк тобун тыюу салынган. Меркурий Теллерайд - α-калай сыяктуу энергетикалык ажырым Жарым, жарым-металл, жок.

Semiconductors лазердин жардамы менен көргөзмө өндүрүү боюнча ири энергетикалык ажырым табылга пайдалануу менен 2-6 топ. Бинардык топтор 6 2- Infrared алуучулар үчүн ылайыктуу бир кууш ажырым энергия менен татаал. топтордун элементтердин кошулмалары Binary 1-7 (cuprous метилбромид CuBr, AGI күмүш йод, жез хлориди CuCl) улам жогорку ionicity кошуусуна bandgap W EV бар. Алар жарым өткөргүчтөр жана изоляторлору жок. улам Кулондук interionic ара энергия лъргъ Crystal өсүшү курулуу атомдор көмөктөшөт туз чарчы координаттар ордуна, алтынчы буйругу менен. Кошулмалары 4-6 топтор - sulfide, коргошун Теллерайд, калай sulfide - жарым өткөргүчтөр катары. Бул заттардын Ionicity да пайда койду макулдашуунун өбөлгө түзөт. Алар өтө тар бир топ кемчиликтерди да бар экендигин жокко чыгарбайт ionicity көп, алар Infrared нурлануу алуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Схемада nitride - Татаал топтор 3-5 кенен энергетикалык ажырым менен, арыз таба жарым өткөргүч лазердин спектрдин көк түстөгү жарым-жартылай иштеп жаткан жана ачык-диоддордун.

- нахалей, галлий арсениддер - экинчи кремний Жарым кийин суроо-талап боюнча, адатта, башка дирижёрдун үчүн субстрат катары пайдаланылат, мисалы, GaInNAs жана InGaAs, setodiodah Infrared, жогорку жыштыктагы транзисторлорго жана кырдаалга, жогорку натыйжалуу күн клеткалардын, лазер диоддордун ядролук айыккандыгын детекторлору. DE кремнийдин салыштырмалуу электр түзмөктөрдү жакшыртат 1,43 EV, =. Жылан, өндүрүү кыйын дагы ыпластыктарды кошо камтыйт.

- ZnS, цинк sulfide - лазердин жардамы менен жана Phosphor катары колдонулган тыюу салынган топ аймактарда жана 3.54 3.91 EV менен суутек нуунун жана цинк туз.

- тамга, калай sulfide - photoresistors жана photodiodes колдонулган жарым өткөргүч, DE = 1,3 жана 10 уюм.

оксиддер

металл оксидинин артыкчылык мыкты изоляторлор, бирок өзгөчөлүктөр бар. жарым өткөргүчтөр бул түрү мисалдары - оксиддеринин, жез кычкылынын, пурпур кычкылы, жез кычкыл газы, темир кычкылын, ёлтюрюрге кычкылы, цинк кычкылын. жез кычкыл газы минералдык cuprite бар болгондуктан, анын касиеттери ургалдуу изилденген. Жарым бул түрүн өстүрүүгө жол-жобосу али толугу менен ачык-айкын, ошондуктан аларды колдонуу дагы эле чектелген эмес. Буларга цинк кычкылынын (ZnO) эмес, татаал топтор 2-6, үндү жана чаптама кассеталарды жана малаам өндүрүүдө колдонулат.

антандю кычкылтек менен жез көп кошулма ачылган кийин, жагдай түп-тамыры менен өзгөрдү. Биринчи жогорку температурасы тамчысы Bednorz жана Muller, Ла ₂ CUO негизинде татаал жарым өткөргүч _4, 2 EV энергетикалык ажырым көрүү. көзөнөктү жарым өткөргүч Акысыз булактарына киргизилген divalent тура lanthanum, барий же типтерин, алмаштырган. зарыл болгон тешик топтоо жетишүү _Ла-2 CUO ₄ тамчысы түзөт. Бул учурда, издөөлөрдө мамлекеттин өтүү жогорку температурасы HgBaCa ₂ Cu татаалдаштырган таандык ₃ Оо, _8. жогорку басымдарда, анын баасы 134 K. болот

ZnO, цинк кычкылын varistor колдонулат, көк нур таркатуучу Диоддор, газ датчиктердин, биологиялык датчиктердин, кабык терезелерди ЖК көргөзмө жана күн батареялары менен дирижер, Infrared жарыгын чагылдыруу үчүн. DE = 3.37 EV.

катмардуу кристаллдары

diiodide коргошун, галлий selenide жана молибден суутек сыяктуу Double бирикмелер кабаттуу кристалл түзүлүштү айырмаланат. катмарлар бар байланыштар байланыштар түртүү өз катмарлары ортосундагы байланыштарга салыштырмалуу бир топ күчтүү олуттуу күч. мындай түрү Semiconductors электрондор бир тыяк-эки өлчөмдүү кабаттарынын мамиле, анткени кызыктуу болуп саналат. катмарлары өз ара тышкы атомдорду киргизүү жолу менен өзгөртүлдү - intercalation.

MoS _2, молибден disulfide жогорку жыштык детекторлору, rectifiers, memristor транзисторлорго колдонулат. DE = 1,23 жана 1,8 уюм.

органикалык Semiconductors

Органикалык бирикмелердин негизинде жарым өткөргүчтөр мисалдары - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) н,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. Органикалык Semiconductors органикалык эмес үстүнөн артыкчылыкка ээ: алар каалаган сапатын бере жеңил болуп саналат. Тутумдаш байланыштар менен заттар -C = C-C = олуттуу оптикалык эмес болуп сызыктуу ээ жана бул үчүн колдонулуучу оптоэлектроника пайда. Мындан тышкары, иштеп энергетикалык тобу ажырым органикалык жарым өткөргүч татаал кадимки жарым өткөргүчтөр караганда ал деле кыйын өзгөрүүлөргө жараша өзгөрүп турат. көмүртек fullerenes болгон кристаллдык allotropes, graphene, nanotubes - ошондой эле жарым өткөргүчтөр.

- Fullerene жабык дөмпөк polyhedron ugleoroda да атомдорунун саны түрүндө бир түзүлүшкө ээ. бир шакар металл менен допинг fullerene C ₆₀ бир тамчысы, аны айланат.

- бул көмүртек monoatomic катмары пайда болот, эки өлчөмдүү алты бурчтуу тор менен байланыштуу. Record өткөрүмдүүлүк жана электрон мобилдүүлүк, бийик катуулук бар

- Nanotubes нече нанометр диаметри бир түтүк чалалга табак биригъъсъ. көмүртектин Бул түрлөрү уланып улуу убадасы бар. арты бириккен жерине жараша металл же жарым өткөргүч сапаттуу болушу мүмкүн.

магниттик Semiconductors

ёлтюрюрге жана темир- магниттик иондор менен кошунду кызык магнит жана semiconducting касиетке ээ. жарым өткөргүчтөр бул түрү мисалдары - ёлтюрюрге sulfide, selenide ёлтюрюрге жана катуу чечимдер, мисалы, Cd _{1-х х} Mn Te. магниттик иондордун мазмуну эки заттарды, мисалы, ferromagnetism жана antiferromagnetism катары магниттик касиети таасир этет. Semimagnetic Semiconductors - аз топтолушу магниттик иондорду камтыйт катуу магниттик Semiconductors чечүү болуп саналат. Мындай катуу чечимдер силердин үмүт жана мүмкүн болгон арыздарды улуу дараметин озуно буруу. Мисалы, азык-магниттик жарым өткөргүчтөр айырмаланып, алар бир миллион эсеге сынуу айлануусун жетиши мүмкүн.

магниттик жарым күчтүү magnetooptical таасирлери оптикалык тездиги үчүн колдонууга мүмкүндүк берет. Perovskites, Mn _0,7 Ca _0,3 O ₃ сыяктуу _эле, анын касиеттери алп Magneto-каршылыгы кубулушу менен магнит талаасы жыйынтыгы боюнча түздөн-түз көз каранды металл-жарым өткөргүч өтүү, жогору. Алар магнит талаасынын бир микротолкундуу waveguide түзмөктөр тарабынан контролдонуучу радио, оптикалык аспаптар, колдонулат.

жарым өткөргүч ferroelectrics

Бул түрү кристаллдары башаламан экиге алардын электр учурларда катышуусунун жана пайда болушу менен мүнөздөлөт. Мисалы, мындай касиеттери Semiconductors titanate PbTiO _{3 алып,} барий titanate BaTiO _3, германий Теллерайд, Гете, төмөн температурада ferroelectric касиетке ээ Tin Теллерайд SnTe болуп саналат. Бул материалдар сызыктуу оптикалык, Piezoelectric сенсорлордон жана эс аппараттарда колдонулган.

жарым өткөргүч материалдардын ар түрдүү

жогоруда аталган жарым өткөргүч материалдар тышкары, бул түрлөрү боюнча бир тиешеси жок башка көптөгөн адамдар бар. бисмиллах кошулмалары 1-3-5 элементтери ₂ (AgGaS ₂₎ жана 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ казолит кристалл структураны түзөт. бир цинк blende кристаллдык түзүлүшү менен кремний- кошулманы окшош жарым өткөргүчтөр 3-5 жана 2-6-топтор менен байланыш. пайда жарым өткөргүч элементтерин 5-жана 6-топ кошундулар _{(3 2} Se _окшош), - кристаллдай же айнек түрүндө жарым өткөргүч. кадмий жана сымап менен Chalcogenides жарым өткөргүч жылуулук генераторлор колдонулат. Жарым бул түрү касиеттери абдан кызыктуу, бирок алар улам чектелген колдонуу популярдуулукка ээ эмес. Ошентсе да, алар бар экенин, бирок толугу менен жарым өткөргүч аныкталды талааны иликтенген эмес экендигин тастыктап турат.