Beispiller vun semiconductors. Zorte, Eegeschaften, praktesch Uwendungen

De stäerkste berühmt ass de semiconductor Silicon (Si). Mä ausser him, sinn et vill anerer. Beispiller sinn natierlech, wéi semiconductor Materialien wéi blende (ZNS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PbS) a vill anerer. Der Famill vun semiconductors, dorënner semiconductors zu Laboratoiren virbereet, stellt ee vun de stäerkste verschiddenste Klassen vun Material ze Mann bekannt.

Characterization vun semiconductors

Vun der 104 Elementer vun der periodesch Dësch sinn Metaller 79, 25 - Kärluedzuel aus wat der 13 chemesch Elementer Besëtz semiconducting Eegeschaften an 12 - dielectric. Main semiconductor Fonktioun besteet an datt hir Leit méi vill mat Temperatur waarden. Um niddreg Temperaturen, mécht si wéi insulators, an op héich - den Dirigenten. Dës semiconductors gi verschidde aus Metal: Metal Resistenz vergréissert proportionally zu der Erhéijung vun der Temperatur.

Aneren Ënnerscheed aus dem semiconductor Metal ass, datt d'Resistenz vun der semiconductor ënnert dem Afloss vu Liicht Verloschter, iwwerdeems an der Pai der Metal net betraff ass. Och déi Leit vun semiconductors individuell wéini eng kleng Quantitéit vun Houeren verwalt.

Semiconductors ginn ënnert chemesche awer mat verschiddene Kristallsglas produzéiert Strukturen fonnt. Dës kann Elementer wéi Silicon an Selen, oder duebel awer ginn wéi Gallium arsenide. Vill Bio awer, wéi polyacetylene, (CH) _n, - semiconductor Materialien. Bestëmmte semiconductors weise Magnéitfeld (Albumen _1-x biergof _x Te) oder ferroelectric Eegeschafte (SbSI). Aner alloying mat genuch ginn superconductors (Gete an SrTiO _3). Vill vun der nei entdeckt héich-Temperatur superconductors hunn Metallkugele semiconducting Phase. Zum Beispill, ass La ₂ CuO ₄ engem semiconductor, mä d'Équipe vun der durchgang mat SR gëtt sverhrovodnikom (La _1-x SR _{x) 2} CuO _4.

Physik Léierbicher ginn Definitioun als semiconductor Material mat engem elektresche resistivity vun aus 10 ^-4 op 10 ⁷ ohms · m. Vläicht eng Alternativ Definitioun. D'Breet vun der verbueden Band vun der semiconductor - vun 0 bis 3 Print. Metaller a semimetals - e Material mat null Energie Spalt, an der Substanz an deem et W Print genannt insulators méi. Et ginn Ausnamen. Zum Beispill, huet e semiconductor Diamanten eng grouss verbueden Zone 6 Print, e semi-isoléierend GaAs - 1,5 Print. GAN, e Material fir optoelectronic Apparater am bloen Regioun, huet eng verbueden Band Breet vun 3,5 Print.

der Energie Spalt

VALENCE orbitals vun Atomer an der Kristallsglas produzéiert strooss sinn an zwou Gruppe vu Energie Niveauen ënnerdeelt - eng raachen, um héchsten Niveau läit, a bestëmmt d'elektresch Leit vun semiconductors, an der VALENCE Band, ënnendrënner. Dës Niveauen, je de Briechung vun der Kristallsglas produzéiert strooss Struktur an Atomer ka éis oder aus all aner virleet ginn. Am leschte Fall do ass eng Energie Spalt, oder an anere Wierder, tëscht dem verbueden Band Zonen.

D'Plaz an der Fëllung Niveau ass vun der schwetzen Eegeschafte vun der Matière alles. No dës Fonktioun Substanz vun den Dirigenten, insulators ënnerdeelt, an semiconductors. D'Breet vun der verbueden Band vun der semiconductor individuell 0.01-3 Print, der Energie Lück vun der dielectric wéi 3 Print. Metaller wéinst der iwwerlageren vun Energie thematiséieren Niveau sinn net.

Deel vun verbueden Energien vun Elektronepueren - Semiconductors an insulators, am Géigesaz zu Metaller, d'Elektronepueren VALENCE Band gefëllt sinn an der noosten raachen, oder der conduction Band, ass de VALENCE Energie aus Broch wäerten ugefaangen.

An dielectrics thermesch Energie oder negligible elektrescht Feld net genuch ass de sprangen duerch dëst Rapprochement ze maachen, sinn d'Elektronepueren an d'conduction Band net Thema. Si sinn net duerch d'Kristallsglas produzéiert strooss ze plënneren a ginn wwerreeche vum elektresche Stroum.

Fir d'elektresch Leit, eng Elektronen am VALENCE Niveau regroupéieren soll d'Energie entscheet ginn, déi duer ginn géif d'Energie Lück ze iwwerwannen. Nëmmen wann d'Quantitéit vun Energie Un- net méi kleng wéi de Wäert vun Energie Lück ass, gëtt aus dem VALENCE Elektronen Niveau op der conduction Niveau Ugrëff.

An dat de Fall, wann d'Breet vun der Energie Spalt 4 Print méi, ass Leit semiconductor excitation irradiation oder Heizung kaum méiglech - de excitation Energie vun der Elektronepueren an der Schmelze Temperatur net genuch ass d'Energie Spalt duerch d'Zone ze sprangen. Wann gehëtzt, gooen der Kristallsglas produzéiert virun der elektronescher Leit. Esou Substanzen och Quarz (De = 5,2 Print), Diamanten (De = 5,1 Print), vill Salzer.

Extrinsic an direkt Ausriichtung Leit semiconductor

Net semiconductor Kristaller hunn direkt Ausriichtung Leit. Esou semiconductors adäquate Nimm. Direkt Ausriichtung semiconductor enthält eng selwecht Zuel vun Lächer an gratis Elektronepueren. Wann Heizung direkt Ausriichtung Leit vun semiconductors vergréissert. Um konstant Temperatur, et ass eng Konditioun vun dynamesch Gläichgewiicht Betrag vun generéiert Elektronen-Lach opzefëllen an d'Zuel vun sief Elektronepueren an Lächer, déi ënner dëse Konditiounen konstant bleiwen.

D'Präsenz vu Gëftstoffer Impakt vill d'elektresch Leit vun semiconductors. Iwwerdribblen hinnen erlaabt immens der Zuel vun de gratis Elektronepueren op eng kleng Zuel vun de Lächer an d 'Zuel vun Lächer mat enger klenger Zuel vu Elektronepueren an der conduction Niveau waarden. Houeren semiconductors - d'Dirigenten d'Houeren Leit mussen.

Gëftstoffer sinn einfach sinn Don Elektronepueren Donateur genannt. Donateur Gëftstoffer chemesch Elementer mat den Atomer ginn Mee d'VALENCE Niveauen déi méi Elektronepueren wéi d'Atomer vun der Basis Material enthalen. Zum Beispill, bréchege phosphorhaltege an Bismut - engem Silicon Donateur Gëftstoffer.

D'Energie fir den sprangen vun engem Elektronen am conduction Regioun néideg, ass Aktivéierungscode Energie genannt. Houeren semiconductor brauchen vill manner vun et wéi der Basis Material. Mat engem liichte Heizung oder Liichtjoer mèi Elektronepueren vun Atomer vum Houeren semiconductors nodeems. Place lénks Atom eng Elektronen Lach hëlt. Mä d'Elektronen Lach recombination huelen net Plaz. Donateur Lach Leit ass negligible. Dat ass, well eng kleng Quantitéit vun Houeren Atomer erlaben net gratis Elektronepueren an d'Lach oft méi no an et ze schätzen. Elektronepueren sinn e puer Lächer, mä si net kënnen se wéinst genuch Energie Niveau ze fëllen.

A liicht additive Donateur Houeren puer Stänn geet d'Zuel vun conduction Elektronepueren am Verglach mat der Zuel vun de gratis Elektronepueren an d'Ausriichtung semiconductor. Elektronepueren hei - den Haapt wwerreeche vun atomarer Käschten vun Houeren semiconductors. Dës Substanze gehéieren zu der N-Typ semiconductors.

Gëftstoffer datt Elektronepueren vun der semiconductor, waarden d'Zuel vun de Lächer an et festleeën, genannt acceptor. Acceptor Gëftstoffer sinn chemesch Elementer mat enger kleng Zuel vun Elektronepueren an VALENCE Niveau wéi d'Basis vun der semiconductor. Bor, Gallium, Indium - acceptor Houeren am Silicon.

D'Charakteristiken vun der semiconductor sinn op hir Kristallsglas produzéiert Struktur Mängel ofhängeg. Dëst bewierkt d'Noutwennegkeet vun wiisst extrem reng Kristaller. D'Parameter vun der semiconductor conduction vun der Zousätzlech vun dopants kontrolléiert haten. Silicon Kristaller mat bréchege phosphorhaltege (V Ënnergrupp Element) eng Zort déi engem Donateur ass Kristallsglas produzéiert Silicon n-Typ ze schafen. Fir Kristallsglas produzéiert mat engem p-Typ Silicon Bor acceptor verwalt. Semiconductors Fermi Niveau kompenséiert et duerch d'Mëtt vun der Band Spalt an dëser Manéier geschafen ze plënneren.

Single-Element semiconductors

De stäerkste gemeinsam semiconductor ass, natierlech, Silicon. Zesumme mat Däitschland, sou gouf en an de Prototyp vun enger grousser Klass vun semiconductors datt ähnlech Strukturen Kristallsglas produzéiert hunn.

Struktur Kristallsglas produzéiert Si an Ge sinn déi selwecht wéi déi vun Diamanten an α-hängkt. Et ëmginn all Atom 4 noosten Atomer wéi enger Tetraeder Form. Esou Koordinatioun ass véiermol genannt. Kristaller tetradricheskoy Emissioun Stol Basis fir d'elektronesch Industrie an eng Schlësselroll an modern Technik Leeschtung. Verschiddener vun den Elementer V an VI vun der periodesch Dësch Grupp sinn och semiconductors. Beispiller vun dëser Zort vun semiconductors - bréchege phosphorhaltege (P), Schwiefel (S), Selen (Se) an Tellur (Te). Dës semiconductors kann AAA Atomer ginn (P), disubstituted (S, Se, Te) oder e véier-Weeër Koordinatioun. Als Resultat sou Elementer kënnen an e puer verschidden Kristallen Strukturen existéieren, an och an der Form vun Glas virbereet ginn. Zum Beispill, Se an monoclinic an trigonal Kristallsglas produzéiert Strukturen oder als Fënster (dat kann och als Polymer preservéiert ginn) ugebaut.

- Diamant huet exzellent thermesch Leit, excellent mechanesch an optesch Eegeschaften, héich mechanesch Kraaft. D'Breet vun der Energie Spalt - De = 5,47 Print.

- Silicon - semiconductor zu Solarzellen benotzt, an amorphous Form, - an eng dënn-Film Solarzellen. Et ass am meeschte benotzt an semiconductor Solarzellen, einfach, zu Fabrikatioun huet gutt elektresch a mechanesch Eegeschafte. vun de = 1,12 Print.

- Germanium - semiconductor benotzt am Gamma-Ray Spektroskopie, héich performant Solarzellen. Gebraucht an déi éischt diodes an transistors. Et brauch manner Botzen wéi Silicon. vun de = 0,67 Print.

- Selen - e semiconductor, déi am Selen rectifiers no engem héije Stralung Resistenz an der Fähegkeet sech ze heelen benotzt gëtt.

Zwee-Element awer

Eegeschafte vun Semiconductors gemaach Elementer 3 a 4 vun der periodesch Dësch Gruppen selwer d' Eegeschafte vun awer 4 Gruppen. Den Iwwergank vum 4 Gruppe vu Elementer 3-4 gr ze awer. Et mécht Kommunikatioun deelweis well ionic Vitesse Transport Elektronepueren aus en Atom 3 Group 4 Group zu Atom. Ionicity Ännerungen d'Eegeschafte vun semiconductors. Et bewierkt eng Hausse am Coulomb Energie an Ion-Ion Interaktioun Energie Spalt Elektronen Band Struktur. BEISPILL Duebelstäresystem awer vun dëser Zort - Indium antimonide, InSb, Gallium arsenide GaAs, Gallium antimonide GaSb, Indium phosphide InP, Al antimonide AlSb, Gallium phosphide Spalt.

Ionicity vergréissert a seng Wäert wiisst méi Gruppen an awer 2-6 awer, wéi Cadmium selenide, Zénk sulfide, Cadmium sulfide, Cadmium TELLURIDE, Zénk selenide. Als Resultat, Band indirekten wéi 1 Print, ausser Merkur awer verbueden der Majoritéit vun awer 2-6 Gruppen. Mercury TELLURIDE - ouni Energie Spalt semiconductor, semi-Metal, wéi α-hängkt.

Semiconductors 2-6 Gruppe mat engem groussen Energie Spalt fannen benotzen an der Produktioun vun lasers a weist. Duebelstäresystem Gruppen 6 2- Facettenaen mat engem gemaach Spalt Energie gëeegent fir Infraroutstrahlung kritt. Duebelstäresystem awer vun Elementer vun Gruppen 1-7 (cuprous bromide CuBr, AgI Sëlwer Kaliumiodid, Koffer Mord CuCl) wéinst den héije ionicity hunn indirekten bandgap W Print. Se nët tatsächlech semiconductors, an insulators. Crystal Wuesstem Energie wéinst Coulomb interionic Interaktioun verankert erliichtert strukturéiert Atomer Salz mat sechsten Uerdnung, amplaz vun der quadratic koordinéieren. Awer 4-6 Gruppen - sulfide, nodeems TELLURIDE, hängkt sulfide - wéi semiconductors. Ionicity vun dëse Substanzen ënnerstëtzt och d'Équipe sixfold Koordinatioun. Vill ionicity der Präsenz net preclude si hunn e ganz schmuele Band thematiséieren, kann se fir feieren Infraroutstrahlung benotzt ginn. Gallium nitride - e Facettenaen Gruppen 3-5 mat eng grouss Energie Spalt, fannen Applikatioun an semiconductor lasers a Liicht-Emissiounen diodes am bloen Deel vum Spektrum fonktionnéieren.

- GaAs, Gallium arsenide - op Nofro no der zweeter Silicon semiconductor ass als Realitéiten fir aner Dirigenten, zum Beispill, GaInNAs an InGaAs, an setodiodah Infraroutstrahlung, héich Frequenz transistors an ICS, héich efficace Solarzellen, Laser diodes, detectors vun nuklear Kur allgemeng benotzt. vun de = 1,43 Print, déi d'Muecht Apparater verbessert wéi mat Silicon Verglach. Zerbriechlech, enthält méi Gëftstoffer schwéier Fabrikatioun.

- ZNS, Zénk sulfide - Zénk Salz vum Waasserstoff sulphide mam verbueden Band Zonen an 3,54 3,91 Print, an lasers an als phosphor benotzt.

- SnS, hängkt sulfide - semiconductor zu photoresistors an photodiodes benotzt, DE = 1,3 an 10 Print.

oxides

D'Metall oxides sinn Preferenz excellent insulators, mä et ginn Ausnahmen. Beispiller vun dëser Zort vun semiconductors - Néckel It, Koffer It, Gilsbuerg It, Koffer Nahrung, Eisen It, Europium It, Zénk It. Zanter Koffer Nahrung als Quelle cuprite existéiert, huet seng Eegeschaften intensiv studéiert. D'Prozedur fir de ubauen vun dëser Zort vun semiconductor ass nach net ganz kloer, sou hire Gebrauch ass nach limitéiert. Eng Ausnam ass Zénk It (ZnO), Massa Gruppen 2-6, ass wéi de Better gëtt reduzéiert an an der Produktioun vun Kliewefolie Bänner an plasters benotzt.

Der Situatioun geännert dramatesch no superconductivity ville awer vu Koffer mat Sauerstoff entdeckt gouf. Déi éischt héich Temperatur superconductor oppen Bednorz an Muller, war Facettenaen semiconductor baséiert op La ₂ CuO _4, der Energie Spalt vun 2 Print. Substituting divalent trivalent Lanthan, Barium oder Strontium, an der semiconductor Vitesse wwerreeche vun Lächer agefouert. déi néideg Lach Konzentratioun erreechen mécht La ₂ CuO ₄ superconductor. Op dës Kéier, gehéiert der héchster Temperatur vun Iwwergank zu der superconducting Staat HgBaCa ₂ Cu ₃ O _{8 Massa.} Op héich Drock, ass seng Wäert 134 K.

ZnO, Zénk It varistor ass, blo Luucht-Emissiounen diodes, Gas detektéieren, biologesch detektéieren, coatings Fënsteren ze spigelen Infraroutstrahlung Liicht, als Dirigent vun LCD weist an Sonnesystem Akkuen benotzt. vun de = 3,37 Print.

layered Kristaller

Duebel awer wëll diiodide nodeems Gallium selenide an Molybdän disulphide layered Kristallsglas produzéiert Struktur ënnerscheeden. D'Schichten sinn covalent Obligatiounen vun bedeitend Kraaft, vill méi staark wéi de van der Waals Obligatiounen tëscht dem Schichten selwer. Semiconductors esou Typ sinn interessant, well d'Elektronepueren an Schichten vun engem quasi-zwou-zweedimensional behuelen. intercalation - Interaktioun vun Schichten ass vum Aféiere ausserhalb Atomer geännert.

Moş _2, ass Molybdän disulfide zu héich Frequenz detectors, rectifiers benotzt, memristor, transistors. vun de = 1,23 a 1,8 Print.

Bio semiconductors

Beispiller vun semiconductors op der Basis vun Bio awer - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. Bio semiconductors hunn en Virdeel iwwer Net-Bio: si sinn einfach der gewënschter Qualitéit ze versprach. Substanze mat conjugate Obligatiounen Form -C = C-C = Besëtz substantiell opteschen Net-linearity an, wéinst deem, applizéiert an optoelectronics. Desweideren, variéieren d'Energie Band Spalt Bio semiconductor Facettenaen vun der Formel änneren, datt vill méi einfach wéi déi vun konventionelle semiconductors. Kristallen allotropes vun Kuelestoff fullerenes, graphene, nanotubes - och semiconductors.

- Fullerene huet eng Struktur an der Form vun engem zougemaach Haaptspigel polyhedron ugleoroda souguer Zuel vun Atomer. A Doping fullerene C ₆₀ mat enger Buvette Metal transforméiert et an engem superconductor.

- GRAPHITE Kuelestoff monoatomic futti gemaach gëtt, ass an engem zwee-zweedimensional sechseckegen strooss ugeschloss. Rekord huet Leit an der Elektronen Mobilitéit, héich Léin

- Nanotubes sinn an eng eraus GRAPHITE Risotto Foireshalen engem Duerchmiesser vun e puer nanometers mussen. Dës Formen vu Kuelestoff hunn super verspriechen an nanoelectronics. Je d'Kupplung kann Metallkugele oder semiconductor Qualitéit ginn.

Magnéitfeld semiconductors

Awer mat stellare Protonen vun Europium a Mangan hunn virwëtzeg Magnéitfeld an semiconducting Eegeschafte. Beispiller vun dëser Zort vun semiconductors - Europium sulfide, selenide Europium a staark Léisungen, wéi Albumen _1-x biergof _x Te. Den Inhalt vun der Magnéitfeld Protonen Impakt souwuel Substanzen Magnéitfeld Eegeschafte wéi ferromagnetism an antiferromagnetism weise. Semimagnetic semiconductors - ass eng schwéier Magnéitfeld semiconductors Léisungen déi Magnéitfeld Protonen zu héich Konzentratioun enthalen. Esou staark Léisungen unzezéien, sech auswiesselen ze Är Perspektiv a groussen Potential vun méiglech Uwendungen. Zum Beispill, am Géigesaz zu de Net-Magnéitfeld semiconductors, kënnen se eng Millioun mol grouss Faraday Rotatioun erreechen.

Staark magnetooptical Effekter vun Magnéitfeld semiconductors erlaben hir benotzen fir opteschen modulation. Perovskites, wéi biergof _0,7 Ca _0,3 O _3, sinn hir Eegeschafte Luxuszëmmer zu Metal-semiconductor Transitioun, déi direkt Ofhängegkeet op d'Magnéitfeld Resultater am Phänomen vun Ris Geodynamo-resistivity. Si sinn am Radio, opteschen Apparater benotzt, déi vun engem stellare Magnéitfeld kontrolléiert ginn, e Schleck erëm waveguide Apparater.

semiconductor ferroelectrics

Dësen Typ Kristaller ass vun der Präsenz vun hirer elektresch Momenter an Optriede vun spontan Polariséierung charakteriséiert. Zum Beispill, wéi Eegeschafte sinn semiconductors titanate PbTiO _3, Barium titanate BaTiO _3, Germanium TELLURIDE, Gete, hängkt TELLURIDE SnTe, déi um niddreg Temperaturen hunn ferroelectric Eegeschaften a Féierung gaangen. Dës Materialien ginn am nonlinear opteschen, piezoelectric detektéieren an Erënnerung Apparater benotzt.

A ville semiconductor Material

Nieft semiconductor Material uewen ernimmt, ginn et vill anerer, déi ënner eng vun dësen Zorte nët falen. Awer vun Formule 1-3-5 Elementer ₂ (AgGaS ₂₎ an 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ Form engem chalcopyrite Kristallsglas produzéiert Struktur. Kontakt tetrahedral awer Uertschaft: semiconductors 3-5 an 2-6 Gruppe mat engem Zénk blende Kristallsglas produzéiert Struktur. Awer déi semiconductor Elementer 5 a 6 Gruppen (ähnlech ze Als ₂ Se _3), Form - d'semiconductor a Form vun Kristallsglas produzéiert oder Glas. Chalcogenides vun Bismut an Antimon sinn an semiconductor thermoelectric Generatoren benotzt. D'Eegeschafte vun dëser Zort vun semiconductor ass extrem interessant, mä si hunn net Popularitéit wéinst der limitéiert Applikatioun krut. Mä de Fait, datt se existéiert, certifiéert der Präsenz vun nach net komplett den Terrain vun semiconductor Physik propagéieren.