Aká je priepasť kapely polo - vodičov?

Hej! Ako dodávateľ vodičov som sa často pýtal na medzeru v kapele polovodičov. Takže som si myslel, že si sadnem a budem sa s vami porozprávať o tom, čo to je, prečo na tom záleží a ako to ovplyvňuje svet polovodičov.

Začnime so základmi. Čo presne je medzera v kapele? V pevnom materiáli existujú elektróny v rôznych úrovniach energie. Tieto hladiny energie sú zoskupené do pásiem. Pokiaľ ide o polovodiče: Valence Band and The vodivej kapely, zaujímajú sa dve hlavné kapely.

Valenčný pás je pás, v ktorom sú elektróny najviac pevne viazané na atómy materiálu. Tieto elektróny sa nemôžu voľne pohybovať a vykonávať elektrinu ľahko. Na druhej strane vodivé pásmo je miesto, kde sa elektróny môžu pohybovať voľne a niesť elektrický prúd.

Medzera pásma je energetický rozdiel medzi hornou časťou valenčného pásma a spodkom vodivého pásma. Je to ako „zakázaná zóna“ pre elektróny. Elektróny musia získať dostatok energie na preskočenie tejto medzery z valenčného pásma do vodivého pásma, aby mohli prispieť k elektrickému vedeniu.

Teraz by vás zaujímalo, prečo je medzera kapely taká dôležitá? Pri určovaní elektrických vlastností polovodiča hrá rozhodujúcu úlohu. Na základe veľkosti medzery v pásme môžeme klasifikovať materiály do vodičov, polovodičov a izolátorov.

V vodičoch, ako sú kovy, sa prekrývajú valenčný pás a vodivé pásmo. To znamená, že vždy existuje veľa voľných elektrónov na prepravu elektrického prúdu a môžu sa ľahko pohybovať. V dôsledku toho majú vodiče veľmi nízky odpor a sú vynikajúce pri vedení elektriny.

Izolátori majú na druhej strane veľmi veľkú medzeru v pásme. Je to také veľké, že pre elektróny je veľmi ťažké získať dostatok energie na skok z valenčného pásma do vodivého pásma. Izolátory majú teda veľmi vysoký odpor a nevykonávajú elektrinu dobre.

Polovodiče spadajú niekde medzi tým. Majú miernu medzeru v pásme. Pri absolútnej nulovej teplote sa polovodičí správanie ako izolátor, pretože v vodivom pásme nie sú žiadne elektróny. Ale ako sa teplota zvyšuje, niektoré elektróny získavajú dostatok tepelnej energie na preskočenie medzery v pásme a vstup do vodivého pásma. To vytvára malý počet voľných elektrónov a otvorov (neprítomnosť elektrónu v valenčnom pásme), ktoré môžu prispievať k elektrickému vedeniu.

Schopnosť ovládať počet voľných elektrónov a diery v polovodiče je to, čo ich robí tak užitočnými v elektronických zariadeniach. Pridaním nečistôt do polovodiča (proces nazývaný doping) môžeme ďalej modifikovať jeho elektrické vlastnosti. Napríklad pridanie malého množstva pentavalentnej nečistoty (prvok s piatimi valenčnými elektrónmi) do polovodiča, ako je kremík, vytvorí polovodič typu n -typu, ktorý má prebytok voľných elektrónov. Pridanie trojstrannej nečistoty (prvok s tromi valenčnými elektrónmi) vytvára polovodič typu AP - typ, ktorý má prebytok dier.

Medzera pásma ovplyvňuje aj ďalšie vlastnosti polovodičov, napríklad ich optické vlastnosti. Semiconductory s vhodnou pásmovou medzerou môžu absorbovať fotóny svetla a generovať páry elektrónových dier. Toto je princíp solárnych článkov, ktoré premieňajú slnečné svetlo na elektrinu. Naopak, keď elektrón a otvor rekombín v polovodiči, môžu emitovať fotón svetla. Používa sa na svetlo - emitujúce diódy (LED) a polovodičové lasery.

V polovodičoch existujú rôzne typy medzier v pásme: priame a nepriame medzery v pásme. V polovodiči priameho pásma sa vyskytuje minimum vodivého pásma a maxima valenčného pásma v rovnakom bode v hybnom priestore. To znamená, že keď elektrón a diera rekombínujú, môžu ľahko vyžarovať fotón svetla. Príklady polovodičov s priamym pásmovým medzerou zahŕňajú arzenid gallium (GAAS), ktorý sa široko používa v optoelektronických zariadeniach.

V polovodiči nepriamych pásov sa v rôznych bodoch v priestore hybnosti objavuje minimum vodivého pásma a maximum valenčného pásma. Pre rekombináciu elektrónovej diery na emitovanie fotónu je tiež zapojený fonón (kvantové vibrácie mriežky), aby sa zachovala hybnosť. Vďaka tomu je tento proces menej efektívny pre emisie svetla. Silikón je príkladom nepriameho polovodiča medzery v pásme a používa sa hlavne skôr v elektronických zariadeniach ako v optoelektronických zariadeniach.

Pokiaľ ide o výrobu polovodičov, používame rôzne nástroje a materiály. NapríkladKužeľsa často používa v chemických procesoch zapojených do výroby polovodičov. Tieto banky sú skvelé na bezpečné miešanie a skladovanie chemikálií.Kremenné trubicesú tiež nevyhnutné. Používajú sa v procesoch s vysokou teplotou, ako je žíhanie, kde sa polovodičový materiál zahrieva na úpravu jeho vlastností. AKremeňsa používa v polovodičových spracovateľských zariadeniach na zadržiavanie a podporu doštičiek počas rôznych operácií.

Ako dodávateľ vodičov chápem dôležitosť poskytovania vysokokvalitných polovodičov s dobre riadenými medzerami v pásme. Či už pracujete na vývoji ďalších - generácie elektronických zariadení, solárnych panelov alebo optoelektronických komponentov, je rozhodujúce mať správny polovodičový materiál.

Ak ste na trhu s polovodičmi a chcete sa dozvedieť viac o tom, ako medzera v kapele ovplyvňuje výkon vašich produktov, alebo ak máte pre svoje projekty konkrétne požiadavky, rád by som sa s vami porozprával. Môžeme diskutovať o rôznych druhoch dostupných polovodičov, ich charakteristikám medzery v pásme a o tom, ako najlepšie vyhovujú vašim potrebám. Takže neváhajte osloviť a začať konverzáciu o obstarávaní polovodičov.

Odkazy

• „Solid State Physics“ od Ashcroft a Mermin
• „Polovodičová fyzika a zariadenia“ od Donalda A. Neamena