Типы и классификация полупроводниковых материалов

Описание

Полупроводниковые материалы играют важную роль в современной электронике. Они используются при создании различных устройств, таких как транзисторы, диоды и интегральные схемы. В этой статье блога мы рассмотрим фундаментальные аспекты полупроводников, включая их классификацию, принцип работы и различные типы, используемые в современной промышленности.

Что такое полупроводник?

Полупроводник - это материал, обладающий электропроводностью между проводником и изолятором. Это означает, что при определенных условиях полупроводники могут проводить электричество, но они не такие проводящие, как металлы. Наиболее известными полупроводниковыми материалами являются кремний (Si)и германий (Ge). Их свойства делают их незаменимыми при производстве электронных компонентов, таких как микрочипы, солнечные батареи и светоизлучающие диоды (LED).

Проводящие свойства полупроводников могут быть изменены путем введения примесей - этот процесс называется легированием. Добавляя различные типы легирующих элементов, можно управлять электропроводностью материала, что позволяет создавать специфические электрические характеристики для различных приложений.

Как работают полупроводники?

Полупроводники используют поведение электронов и дырок для проведения электричества. В чистом виде полупроводник имеет мало свободных электронов для проведения электричества. Однако, введя примеси (допанты), можно увеличить количество свободных электронов или дырок (отсутствие электрона).

Когда к полупроводнику прикладывается внешнее напряжение, электроны перемещаются к положительной стороне, а дырки - к отрицательной. Это движение создает электрический ток. Это основной принцип работы диодов, транзисторов и других устройств на основе полупроводников.

Типы полупроводников

Существует два основных типа полупроводников: внутренние и внешние.

Внутренние полупроводники: Это чистые материалы, не легированные примесями. Проводимость внутренних полупроводников зависит от температуры, а при абсолютном нуле они не проводят электричество.

Внеземные полупроводники: Это полупроводники, которые были намеренно легированы примесями для повышения их проводимости. В процессе легирования в материал добавляются свободные электроны или дырки, в зависимости от типа используемого легирующего вещества. Внешние полупроводники можно разделить на два типа:

• N-тип (отрицательный тип): эти полупроводники легированы элементами, которые обеспечивают дополнительные электроны, увеличивая их проводимость.
• P-тип (положительный тип): эти полупроводники легируются элементами, которые создают дырки, что также увеличивает проводимость.

Группы полупроводниковых материалов

Полупроводниковые материалы обычно делятся на группы в зависимости от их элементарной или составной природы. Вот некоторые из основных групп:

Элементарные полупроводники: К ним относятся такие материалы, как кремний (Si) и германий (Ge), которые являются чистыми элементами и наиболее распространены в производстве полупроводников.

Составные полупроводники: Они изготавливаются из двух или более элементов и часто используются для специальных применений, например, в оптоэлектронике. Примерами могут служить арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP).

Органические полупроводники: Эти материалы основаны на углеродсодержащих соединениях и используются в гибкой электронике, органических светоизлучающих диодах (OLED) и органических солнечных батареях.

Сплавные полупроводники: Состоят из двух или более элементов в различных пропорциях, что позволяет создавать полупроводники со специфическими электрическими свойствами. Например, арсенид-фосфид галлия (GaAsP) используется в светодиодах.

Список полупроводниковых материалов

Здесь приведен список часто используемых полупроводниковых материалов:

Эти материалы выбираются на основе их специфических электрических, оптических и тепловых свойств и используются в самых разных областях - от повседневной электроники до передовых технологий, таких как лазеры и солнечные батареи.

Дополнительное чтение: Основной список электронных материалов

Часто задаваемые вопросы

Из чего состоят полупроводники?
Полупроводники обычно изготавливаются из таких элементов, как кремний (Si), германий (Ge), а также из таких сложных материалов, как арсенид галлия (GaAs) и фосфид индия (InP).

Чем полупроводники отличаются от изоляторов и проводников?
Полупроводники обладают проводимостью между изоляторами (которые не проводят электричество) и проводниками (которые легко пропускают электрический ток). Их проводимость можно регулировать с помощью легирования.

Что такое легирование в полупроводниках?
Легирование - это процесс добавления примесей в полупроводниковый материал для изменения его электрических свойств. Это необходимо для создания различных типов полупроводников, таких как N-тип и P-тип.

Каковы некоторые области применения полупроводников?
Полупроводники используются в самых разных областях, включая транзисторы, диоды, микрочипы, солнечные батареи и светоизлучающие диоды (LED).

Для чего используются составные полупроводники?
Такие сложные полупроводники, как арсенид галлия (GaAs) и нитрид галлия (GaN), используются в высокоскоростной электронике, оптоэлектронике и силовых устройствах благодаря своим превосходным электрическим и оптическим свойствам.