félvezetők

Fizikai

2022

Elmagyarázzuk, mi az elektromos félvezető, típusai, alkalmazásai és példái. Ezen kívül vezető és szigetelő anyagok.

A legszélesebb körben használt félvezető a szilícium.

Mi az a félvezető?

A félvezetők olyan anyagok, amelyek elektromos vezetőként vagy elektromos szigetelőként működnek, attól függően, hogy milyen fizikai körülmények között találhatók. Ezek a feltételek általában magukban foglalják hőfok és a Nyomás, a sugárzás előfordulási gyakorisága vagy intenzitása a elektromos mező vagy mágneses mező amelynek az anyag ki van téve.

A félvezetők abból állnak kémiai elemek nagyon változatosak egymás között, amelyek valójában más régiókból származnak, mint a Periódusos táblázat, de közösek bizonyos kémiai tulajdonságaik (általában négyértékűek), amelyek megadják nekik sajátos elektromos tulajdonságaikat. Jelenleg a legszélesebb körben használt félvezető a szilícium (Si), különösen az iparban elektronika és a számítástechnika.

A szigetelő anyagok mellett a félvezetőket is 1727-ben fedezte fel Stephen Gray angol fizikus és természettudós (1666-1736), de a viselkedésüket és tulajdonságaikat leíró törvényeket jóval később, 1821-ben írta le a híres német fizikus, Georg Simon. Ohm. (1789-1854).

Félvezető alkalmazások

A félvezetők különösen hasznosak az elektronikai iparban, mivel lehetővé teszik a meghajtást és a modulálást elektromos áram a szükséges minták szerint. Emiatt szokásos, hogy hozzászoktak:

  • Tranzisztorok
  • Integrált áramkörök
  • Elektromos diódák
  • Optikai érzékelők
  • Szilárdtest lézerek
  • Elektromos meghajtó modulátorok (mint egy elektromos gitárerősítő)

A félvezetők típusai

A félvezetők két különböző típusúak lehetnek, attól függően, hogy milyen reakciót mutatnak a fizikai környezetre, amelyben vannak:

Belső félvezetők

Egyetlen típusból állnak atomok, elrendezve molekulák tetraéderek (azaz négy atom 4-es vegyértékkel), és ezek atomjai összekapcsolódnak kovalens kötések.

Ez a kémiai konfiguráció megakadályozza mozgalom mentes elektronok a molekula körül, kivéve a hőmérséklet növekedését: ekkor az elektronok részt vesznek a Energia rendelkezésre áll, és „ugrál”, szabad teret hagyva, ami pozitív töltésnek számít, ami viszont új elektronokat vonz. Ezt a folyamatot rekombinációnak nevezik, és annak mennyiségét hőség ehhez szükséges a kérdéses kémiai elemtől függ.

Külső félvezetők

Ezek az anyagok lehetővé teszik az adalékolási folyamatot, vagyis lehetővé teszik bizonyos típusú szennyeződések atomi konfigurációjukba való beillesztését. Ezektől a szennyeződésektől függően, amelyek lehetnek ötértékűek vagy háromértékűek, a félvezető anyagok két részre oszthatók:

  • N-típusú külső félvezetők (donorok). Az ilyen típusú anyagokban az elektronok száma meghaladja a lyukakat vagy a szabad töltéshordozókat (pozitív töltés „tereit”). Ha potenciálkülönbséget alkalmazunk az anyagra, a szabad elektronok az anyag bal oldalára, a lyukak pedig jobbra mozognak. Amikor a lyukak elérik a jobb szélsőt, a külső áramkör elektronjai belépnek a félvezetőbe, és megtörténik az elektromos áram átvitele.
  • Külső P-típusú félvezetők (akceptorok). Ezekben az anyagokban a hozzáadott szennyeződés ahelyett, hogy növelné a rendelkezésre álló elektronok számát, növeli a lyukakat, így hozzáadott akceptor anyagról beszélünk, mivel nagyobb az igény az elektronokra, mint a hozzáférhetőség, és minden szabad „tér”, ahová egy elektronnak mennie kell, szolgál. hogy megkönnyítse az áram áthaladását.

Példák félvezető anyagokra

A félvezetők az elektromos átvitel modulátoraiként szolgálnak.

A leggyakoribb és használt félvezetők a ipar vannak:

  • Szilícium (Si)
  • Germánium (Ge), gyakran be ötvözetek szilícium
  • gallium-arzenid (GaAs)
  • Kén
  • Oxigén
  • Kadmium
  • Szelén
  • indián
  • Egyéb vegyi anyagok, amelyek a periódusos rendszer 12. és 13. csoportjába tartozó elemek, illetve a 16. és 15. csoportba tartozó elemek kombinációjából származnak.

Vezetőképes anyagok

Ellentétben a félvezetőkkel, amelyek elektromos vezetési tulajdonságai eltérőek, a vezető anyagok mindig készen állnak a továbbításra elektromosság, atomjainak elektronikus konfigurációja miatt. Ez a vezetőképesség ingadozhat, és bizonyos mértékig befolyásolhatja a környezet fizikai állapota, mivel a elektromos vezetőképesség ez nem abszolút.

A vezetőképes anyagokra példa a túlnyomó többség fémek (vas, higany, réz, alumínium stb.) és a Víz.

Szigetelő anyagok

Végül a szigetelő anyagok azok, amelyek ellenállnak az elektromosság vezetésének, azaz megakadályozzák az elektromos áram áthaladását elektronok és ezért hasznosak, hogy megvédjék magukat az elektromosságtól, megakadályozzák azt, hogy szabad utat járjon be, vagy rövidzárlatot. A szigetelők sem szigetelnek száz százalékosan hatékonyan, van egy határértékük (áttörési feszültség), amely felett az energia olyan intenzív, hogy nem tudják fenntartani szigetelő állapotukat, és így legalább bizonyos mértékig elektromos áramot továbbítani.

Példák a szigetelő anyagokra műanyag, kerámia, üveg, fa és papír.

!-- GDPR -->