Полупроводниковые материалы. Полупроводниками – называются твёрдые вещества, которые в чистом виде, при нормальной температуре по электропроводности занимают промежуточное положение между

Полупроводниками – называются твёрдые вещества, которые в чистом виде, при нормальной температуре по электропроводности занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками (удельное сопротивление 10^-6…10^-7 Ом×м).

Электропроводность полупроводников сильно зависит от:

а) температуры;

б) освещённости;

в) напряжённости электрического поля;

г) дозы примесей постороннего вещества.

Основные полупроводники (Ge, Si) – четырёхвалентны.

Валентные электроны каждого атома связаны ковалентно с соседними по кристаллической решетке атомами, при этом все атомы имеют законченные 8-ми электронные внешние оболочки, и в чистом полупроводнике при температуре близкой к абсолютному нулю электропроводность отсутствует.

При повышении температуры, увеличивается энергия электронов и ковалентные связи могут разрываться. При этом возникают свободные электроны (-) и незаполненные связи – дырки, несущие условный положительный заряд (+). Появляется незначительная собственная проводимость полупроводника.

Для создания полупроводниковых приборов требуются материалы с преимущественно электронной или дырочной проводимостью. Их получают вводя в чистый полупроводник легирующие примеси:

а) при введении в 4 - х валентный полупроводник донорной (5-ти валентной) примеси (например в германий - мышьяк или сурьму), в п/п образуется избыток свободных электронов и возникает проводимость типа «n» - электронная;

б) при введении акцепторной (3 - х валентной) примеси (например в германий- индий) в п/п образуются незаполненные ковалентные связи – дырки, и возникает проводимость типа «p» -дырочная.

Электронную и дырочную проводимости называют – примесными.

Основные полупроводниковые материалы:

а) чистые химические элементы: Ge, Si, Se, Te используют как основные полупроводники, а также химические элементы вводимые в виде активных примесей: P, As, B, Sn, In, Ga;

б) кристаллические окислы металлов: CuO, ZnO, KdO и др.;

в) бинарные и более сложные химические соединения: нитриды, фосфиды, арсениды, карбиды и др.;

г) органические полупроводники.

Германий - в природе встречается часто, но в очень малых количествах. В чистом виде серебристо - серого цвета, очень твёрдый и хрупкий. Плотность ~3,5 г/см³. Очищают Ge методом зонной плавки. Монокристаллы выращивают методом вытягивания из расплава.

Используют для диодов, транзисторов, датчиков и т.п. Рабочая температура до 80 ⁰С.

Кремний - один из самых распространённых химических элементов. Менее технологичен, чем германий. В чистом виде тёмно-серого цвета. Плотность ~ 2,3 г/см³. Используют аналогично. Рабочая температура до 180 ⁰С.

Селен - редкоземельный химический элемент. Для полупроводникового производства используют кристаллический серый селен. Основное назначение – выпрямители и фотоэлементы.

Карбид кремния (SiC) - используют в высокотемпературных полупроводниковых приборах. Рабочая температура до 700 ⁰С.

Арсенид галлия (GaAs) – применяется для ВЧ приборов, работающих при температуре 300 … 400 ⁰С.

Основным элементом полупроводниковых приборов являются «p-n» переходы, имеющие одностороннюю проводимость.

З.Р. – зона рекомбинации, в которой практически отсутствуют свободные носители тока

При приложении к «p-n» переходу электрического напряжения, возможны:

	а) прямое включение – через переход идёт значительный электрический ток
	б) обратное включение – переход заперт и через него проходит только малый обратный ток.

Виды п/п приборов:

1) Диоды (вентили, детекторы) – образованы одним «p-n» переходом и имеют одностороннюю проводимость.

По конструкции - точечные (маломощные) и плоскостные (вентили).

2) Транзисторы – содержат два «p-n» перехода. Бывают: прямой «p-n-p» и обратной «n-p-n» проводимости. Используются в усилителях, генераторах и других устройствах. Выпускают: малой, средней и большой мощности.

3) Тиристоры – имеют четырёхслойную структуру и характеризуются двумя устойчивыми состояниями: «открыт – закрыт». Различают:

а) диодные тиристоры (динисторы) - с двумя выводами, состояние «закрыт» или «открыт» определяется подводимым напряжением;

б) тринисторы – имеют управляющий электрод; подачей на него небольшого управляющего напряжения, можно регулировать большой проходящий ток;

в) симисторы – симметричные тиристоры, позволяющие регулировать оба полупериода проходящего тока.