Типи напівпровідників в періодичній системі елементів

У нижченаведеної таблиці представлена інформація про велику кількість напівпровідникових елементів і їх сполук, розділених на декілька типів:

Одноелементні напівпровідники IV групи періодичної системи елементів ,
Складні: двоелементний A ^III B ^V і A ^II B ^VI з третьої і п'ятої групи, і з другої і шостої групи елементів відповідно.

Всі типи напівпровідників мають цікаву залежність ширини забороненої зони від періоду, а саме — зі збільшенням періоду ширина забороненої зони зменшується.

Група

IIB

IIIA

IVA

VIA

Період

Використання

Кремній найчастіше використовується в діодах, світлодіодах, транзисторах, випрямлячах і інтегральних схемах (чіпах), сонячних елементах. Окрім кремнію широко використовуються арсенід галію, арсенід алюмінію, германій та багато інших. В останні роки дедалі популярніші органічні напівпровідники, які застосовуються, наприклад, у копіювальній техніці.

Напівпроводни́к n-ти́пу — напівпровідник, в якому основні носії заряду — електрони провідності.

Для того, щоб отримати напівпровідник n-типу, власний напівпровідник легують донорами. Здебільшого це атоми, які мають на валентній оболонці на один електрон більше, ніж атоми напівпровідника, який легується. При не надто низьких температурах електрони зі значною ймовірністю переходять із донорних рівнів у зону провідності, де їхні стани делокалізовані й вони можуть вносити вклад у електричний струм.

Кількість електронів у зоні провідності залежить від концентрації донорів, енергії донорних рівнів, ширини забороненої зони напівпровідника, температури, ефективної густини рівнів у зоні провідності.

Здебільшого легування проводиться до рівня 10¹³ — 10¹⁹ донорів на см³. При високій концентрації донорів напівпровідник стає виродженим.

Напівпровідни́к p-ти́пу — напівпровідник, в якому основними носіями заряду є дірки.

Напівпровідники p-типу отримують методом легування власних напівпровідників акцепторами. Для напівпровідників четвертої групи періодичної таблиці, таких як кремній та германій, акцепторами можуть бути домішки хімічних елементів третьої групи — бор, алюміній.

Наприклад, якщо кремній легувати 3-валентним індієм, то для утворення зв'язків з кремнієм у індію не вистачає одного електрона, тобто утворюється дірка. Змінюючи концентрацію індію, можна в широких межах змінювати провідність кремнію, створюючи напівпровідник із заданими електричними властивостями. Такий напівпровідник називається напівпровідником p-типу, основними носіями заряду є дірки, а домішка індію, що дає дірки, називається акцепторною.

Концентрація дірок у валентній зоні визначається температурою, концентрацією акцепторів, положенням акцепторного рівня над верхом валентної зони, ефективною густиною рівнів у валентній зоні.

Р-допування кристалічної ґратки кремнію атомами алюмінію

Кристалі́чна структу́ра — структура матеріалів, яка характеризується неповторним (унікальним) розташуванням атомів в кристалі, основними параметрами якої є тип кристалічної гратки (сингонія), просторова група, число формульних одиниць, лінійні розміри та кути елементарної гратки, координати атомів (заповненість правильних систем точок), координаційні числа та координаційні многограники для усіх атомів.

Наприклад, кристалічна структура оксиду феруму Fe₃O₄ (низькотемпературна модифікація): просторова група Fd-3m O2 (No. 227), кубічна сингонія, число формульних одиниць Z = 8, параметри гратки a = 0.8397 нм, координати атомів Fe1 8(b) (3/8 3/8 3/8), Fe2 16(c) (0 0 0), O 32(e) (0.245 0.245 0.245).

Структурний тип — більш ширше поняття, яке об'єднує кристалічні структури із однаковою просторовою групою, близькими параметрами гратки (та їх числовим співвідношенням), однаковим (часто близьким) розташуванням атомів тобто заповненістю тої самої правильної системи точок та однаковими координаційними многограниками. Наприклад, до структурного типу MgCu₂ належить ряд бінарних сполук: BaAl₂, GdAl₂, ErCo₂, LiPt₂, ZrV₂.

Кристалічна структура хрориду натрію.

Носії заряду - загальний термін для позначення часток чи квазічасток, які дають внесок у електричний струм.

Носіями заряду можуть бути електрони, дірки, катіони, аніони тощо, в залежності від середовища, в якому проходить струм.

напівпровідники - електрони й дірки;
метали й вакуумні прилади - електрони;
електроліти й суперіоніки - йони;
плазма - електрони та йони.

Важливими характеристиками носіїв заряду є рухливість і коефіцієнт дифузії.

В напівпровідниках розрізняють основні носії заряду й неосновні носії заряду. В напівпровідниках n-типу основними носіями заряду є електрони провідності, а дірки є неосновним носіями заряду. В напівпровідниках p-типу основними носіями заряду є дірки, а електрони - неосновними.

Питання 2. Біполярні транзистори, типи, принцип дії.

Біполярний транзистор — напівпровідниковий елемент електронних схем, із трьома електродами, один з яких служить для керування струмом між двома іншими. Термін «біполярний» підкреслює той факт, що принцип роботи приладу полягає у взаємодії з електричним полем частинок, що мають як позитивний, так і негативний електричний заряд.

Виводи біполярного транзистора називаються емітером, базою і колектором. В залежності від типу носіїв заряду, які використовуються в транзисторі, біполярні транзистори поділяються на транзистори NPN та PNP типу. В транзисторі NPN типу емітер і колектор легуються донорами, а база — акцепторами. В транзисторі PNP типу — навпаки.

	PNP
	NPN

Схематичні
позначення
транзисторів PNP-
та NPN типів

Історія винаходу

Біполярний транзистор винайшли в 1947 році Джон Бардін і Волтер Браттейн під керівництвом Шоклі із Bell Labs, за що отримали Нобелівську премію з фізики. Вперше його продемонстрували 16 грудня, а 23 грудня відбулось офіційне представлення винаходу і саме ця дата вважається днем відкриття транзистора.

Будова

Поперечний розріз транзистора

На рисунку праворуч схематично показана будова біполярного транзистора NPN типу. Колектором служить напівпровідник n-типу, легований донорами до невисокої концентрації 10¹³-10¹⁵ см^-3. Перед створенням бази напівпровідник покривають фоторезистом і за допомогою літографії звільняють вікно для легування акцепторами. Атоми акцептора дифундують в глибину напівпровідника, створюючи область із доволі високою концентрацією — 10¹⁷-10¹⁸ см^-3. На третьому етапі знову створюється вікно для легування донорами й утворюють емітер із ще вищою концентрацією домішок, необхідною для того, щоб спочатку компенсувати акцептори, а потім створити напівпровідник n-типу. Відношення домішок у емітері й у базі повинно бути якомога більшим для забезпечення гарних характеристик транзистора.

Ще кращих характеристик можна досягти, якщо перехід між базою й емітером зробити гетеропереходом, у якому емітер має набагато більшу ширину забороненої зони, хоча це і збільшує собівартість транзистора. В такому випадку на поверхню бази через вікно напилюється інша речовина.

Принцип дії

Дія біполярного транзистора базується на використанні двох p-n переходів між базою та емітером і базою та колектором. В області p-n переходів виникають шари просторового заряду, між якими лежить тонка нейтральна база. Якщо між базою й емітером створити напругу в прямому напрямку, то носії заряду інжектуються в базу й дифундують до колектора. Оскільки вони є неосновними носіями в базі, то легко проникають через p-n перехід між базою й колектором. База виготовляється достатньо тонкою, щоб носії заряду не встигли прорекомбінувати, створивши значний струм бази. Якщо між базою й емітером прикласти запірну напругу, то струм через ділянку колектор-емітер не протікатиме.

Класифікація

Транзистори класифікуються за вихідним матеріалом, розсіюваною потужністю, діапазоном робочих частот, принципом дії. В залежності від вихідного матеріалу їх поділяють на дві групи: германієві та кремнієві. За діапазоном робочих частот їх ділять на транзистори низьких, середніх та високих частот, за потужністю — на класи транзисторів малої, середньої та великої потужності. Транзистори малої потужності ділять на шість груп: підсилювачі низьких і високих частот, малошумні підсилювачі, перемикачі насичені, ненасичені та малого струму; транзистори великої потужності — на три групи: підсилювачі, генератори, перемикачі. За технологічними ознаками розрізняють сплавні, сплавно-дифузійні, дифузійно-сплавні, конверсійні, епітаксіальні, планарні, епітаксіально-планарні транзистори.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒