Что такое полупроводники: основные вещества и их свойства (2 видео)

В современном мире полупроводники играют огромную роль во всех сферах технологий. Они используются в электронике, солнечных батареях, компьютерах, различных датчиках и многих других устройствах. Но что такое полупроводники и почему они настолько важны?

Полупроводники — это материалы, которые обладают особыми свойствами проводимости электрического тока. Они находятся между проводниками, которые легко проводят ток, и изоляторами, которые практически его не проводят. Основные вещества, которые обладают полупроводниковыми свойствами, — это кремний (Si) и германий (Ge). Эти элементы находятся в IV группе периодической системы и обладают необычной структурой атомной решетки.

Уникальные свойства полупроводников обусловлены их способностью изменять проводимость при изменении температуры, давления или добавлении примесей. Именно благодаря этим свойствам полупроводники используются в создании транзисторов, которые являются основными элементами современной электроники. Транзисторы позволяют управлять током и выполнять логические операции, что обеспечивает работу компьютеров, смартфонов и других устройств.

Содержание

Основные понятия о полупроводниках
Полупроводники – это вещества с промежуточными свойствами проводников и диэлектриков.
Типы полупроводников: интрузивные и экструзивные.
Свойства полупроводников: интрузивные и экструзивные.
Основные вещества полупроводников
Кремний – одно из основных веществ полупроводников.
Германий – второе по важности вещество для полупроводников.
Свойства полупроводников
Эффект Холла в полупроводниках.
📽️ Видео

Видео:Предмет химии. Вещества и их свойства. 7 класс.Скачать

Основные понятия о полупроводниках

Один из ключевых параметров полупроводников — ширина запрещенной зоны, также известной как запрещенная полоса. Она определяет энергетическую разницу между валентной зоной и зоной проводимости. В случае полупроводников эта зона разделена очень узкой промежуточной зоной, что позволяет незначительным внешним воздействиям изменять проводимость материала.

Также важно отметить два типа примесей, которые могут присутствовать в полупроводниках: акцепторы и доноры. Акцепторы добавляют примесные атомы с меньшим количеством валентных электронов, чем атомы материала, в результате чего создается избыток дырок — положительно заряженных носителей заряда. Доноры, наоборот, добавляют атомы с большим количеством валентных электронов, что влечет за собой избыток свободных электронов — отрицательно заряженных носителей заряда.

Полупроводники могут быть использованы во многих устройствах и технологиях, включая транзисторы, диоды, солнечные батареи и многое другое. Из-за их промежуточных свойств, полупроводники играют важную роль в современной электронике и являются основой многих инновационных технологий.

Полупроводники – это вещества с промежуточными свойствами проводников и диэлектриков.

Основное свойство полупроводников – их способность изменять свою электропроводность при внешнем воздействии, таком как изменение температуры или введение примеси. Это делает их уникальными материалами, которые могут быть использованы для создания электронных устройств с различными функциями.

Полупроводники обладают двумя типами проводимости: электронной проводимостью и дырочной проводимостью. Электроны и дырки являются носителями заряда в полупроводниках и играют ключевую роль в их электрических свойствах.

Кроме того, полупроводники могут быть интрузивными или экструзивными. Интрузивные полупроводники, такие как кремний и германий, обладают кристаллической структурой и имеют свободные электроны или дырки, что позволяет им проводить электрический ток. Экструзивные полупроводники, такие как любой проводник или диэлектрик, претерпевают изменение своих свойств при добавлении примеси.

Ключевым свойством полупроводников является их широкий диапазон спектра электрических свойств, который можно контролировать с помощью введения примесей и изменения внешних условий. Это дает возможность создавать полупроводниковые приборы с различными функциями и характеристиками.

Типы полупроводников: интрузивные и экструзивные.

В мире полупроводниковая электроника широко применяется в различных устройствах, начиная от телефонов и компьютеров и заканчивая космическими аппаратами. Она стала основой современных технологий и находит применение во многих отраслях науки и промышленности.

В основе полупроводников лежат различные виды веществ, различающиеся по своим свойствам и структуре. Одним из классификационных критериев является способ их получения. Существуют два основных типа полупроводников: интрузивные и экструзивные.

Интрузивные полупроводники — это материалы, которые получаются при специальных технологических процессах, таких как эпитаксия и молекулярно-лучевая эпитаксия. В результате этих процессов происходит создание кристаллической решетки, обладающей полупроводниковыми свойствами. Примерами интрузивных полупроводников могут служить кремний (Si), германий (Ge), карбид кремния (SiC) и другие вещества.

Экструзивные полупроводники — это материалы, которые получаются путем изменения электрических свойств обычных материалов, добавлением определенных примесей. Эти материалы не обладают полностью полупроводниковыми свойствами, но становятся полупроводниками при наличии определенных условий. Примером экструзивного полупроводника является германиевый транзистор, который получается из обычного германия, добавлением нужных импульсов и процессов.

Важно отметить, что оба типа полупроводников имеют свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного материала зависит от конкретной задачи и требований. Понимание и использование этих типов полупроводников позволяет разрабатывать более эффективные и надежные полупроводниковые устройства и системы.

Свойства полупроводников: интрузивные и экструзивные.

Свойства полупроводников можно разделить на две основные категории: интрузивные и экструзивные. Каждая из этих категорий имеет свои особенности и важность для функционирования полупроводниковых устройств.

Интрузивные свойства:

Интрузивные свойства полупроводников определяют способность этих материалов к изменению своих электрических характеристик под воздействием других элементов или внешних факторов. Одним из наиболее важных интрузивных свойств является способность полупроводников к управлению током с помощью внешнего напряжения или возбуждающего сигнала.

Интрузивные свойства включают:

Вариация проводимости: полупроводники могут изменять свою проводимость под воздействием внешнего напряжения;
Допирование: полупроводники могут быть намеренно модифицированы путем добавления примесей для изменения их электрических свойств;
Эффект Холла: изменение электрического потенциала в полупроводнике под воздействием магнитного поля.

Экструзивные свойства:

Экструзивные свойства полупроводников описывают их физические и химические свойства, которые обусловливают их эффективность и надежность в использовании. Важными экструзивными свойствами являются:

Проводимость: полупроводники обладают определенной электрической проводимостью, которая зависит от их структуры и химического состава;
Электростатическая ёмкость: полупроводники имеют способность сохранять заряд в электрическом поле;
Теплопроводность: полупроводники могут передавать тепло от одной точки к другой, что является важным фактором для эффективного функционирования устройств на их базе.

Обладая различными интрузивными и экструзивными свойствами, полупроводники являются важными материалами в современной электронике и энергетике. Их способность к изменению электрических характеристик и эффективное функционирование делают их незаменимыми компонентами для создания различных устройств и систем.

Видео:ПОЛУПРОВОДНИКИ | Электропроводность полупроводников и их свойстваСкачать

Основные вещества полупроводников

Кремний, химическое обозначение Si, является одним из самых распространенных элементов в земной коре. Он обладает несколькими важными особенностями, которые делают его идеальным для использования в полупроводниках. Кремниевые полупроводники обладают стабильностью, хорошей электропроводностью при умеренных температурах и устойчивостью к окружающей среде. Благодаря этим свойствам, кремний используется в производстве большинства современных полупроводниковых приборов, таких как микропроцессоры, транзисторы и солнечные батареи.

Германий, химическое обозначение Ge, также является очень важным веществом в полупроводниковой индустрии. Он обладает схожими свойствами с кремнием и также используется для создания различных полупроводниковых приборов. Однако, германий имеет более высокую подвижность носителей заряда, что делает его более эффективным во многих приложениях, таких как фотодиоды и лазеры.

Важно отметить, что помимо кремния и германия, существуют также и другие элементы, которые могут использоваться в качестве полупроводников. Некоторые из них включают галлий, галлийарсенид и индийантимонид, которые обладают специфическими свойствами и применяются в специализированных областях, таких как высокочастотная электроника и оптоэлектроника.

Таким образом, основные вещества полупроводников – кремний и германий – играют решающую роль в развитии современной электроники и технологий. Их уникальные свойства делают их неотъемлемой частью нашей современной жизни.

Кремний – одно из основных веществ полупроводников.

Один из ключевых факторов, делающих кремний таким популярным, это его способность образовывать кристаллическую решетку с высокой прочностью и устойчивостью. Кристаллическая решетка кремния позволяет электронам свободно перемещаться по материалу, что является ключевым условием для проводимости электрического тока в полупроводниковых материалах.

Кроме того, кремний обладает широкой запрещенной зоной, что означает, что он является плохим проводником электричества в нормальных условиях. Однако, при наличии небольшого количества примесей кремний может стать значительно более проводимым.

Из-за своих уникальных свойств, кремний широко используется в полупроводниковой индустрии для создания различных устройств, таких как транзисторы, диоды, солнечные батареи и микрочипы. Большинство современных электронных устройств, которые мы используем ежедневно, содержат кремниевые полупроводники.

Германий – второе по важности вещество для полупроводников.

Германий обладает промежуточными характеристиками между полностью проводящими веществами и диэлектриками. Он обладает полупроводниковыми свойствами, что позволяет использовать его в создании различных полупроводниковых компонентов.

Главное свойство германия, благодаря которому он находит широкое применение в полупроводниковой промышленности, – его способность изменять сопротивление при воздействии электрического поля или тепла.

Германий используется в создании транзисторов, диодов, фотоэлементов, термисторов и других полупроводниковых устройств. Он обладает высокой электрической проводимостью и прекрасно подходит для создания микрочипов и микропроцессоров.

Благодаря своим свойствам, германий играет важную роль в сфере электроники и информационных технологий. Он является основным материалом для производства полупроводниковых приборов, которые широко используются в современных устройствах и системах связи.

Германий также имеет большое значение в солнечной энергетике. Он используется для создания солнечных батарей, которые преобразуют солнечное излучение в электрическую энергию.

В целом, германий является важным элементом для развития современных технологий. Его применение в полупроводниковых устройствах позволяет совершенствовать электронику и создавать новые, более эффективные и мощные устройства.

Видео:Полупроводники. Как работают транзисторы и диоды. Самое понятное объяснение!Скачать

Свойства полупроводников

Полупроводники обладают рядом уникальных свойств, которые делают их особенно полезными во многих областях науки и техники.

Первым важным свойством полупроводников является изменение проводимости при изменении температуры. При повышении температуры количество свободных носителей заряда в полупроводнике увеличивается, что приводит к увеличению электропроводности материала. Это позволяет использовать полупроводники в качестве датчиков температуры.

Вторым важным свойством полупроводников является возможность управления их электропроводностью при помощи приложенного напряжения. Путем изменения внешнего электрического поля можно контролировать количество свободных носителей заряда в полупроводнике и, следовательно, его электропроводность. Это свойство позволяет применять полупроводники в электронных устройствах, таких как транзисторы и диоды.

Третье важное свойство полупроводников — их способность поглощать и излучать энергию в широком диапазоне электромагнитных волн. Полупроводники используются в оптических устройствах, таких как светодиоды и лазеры, которые способны генерировать и преобразовывать световую энергию.

Также полупроводники обладают свойством рекомбинации, которое позволяет им использоваться в солнечных батареях для преобразования солнечной энергии в электрическую. При попадании фотонов на полупроводник происходит выделение электронно-дырочных пар, которые могут быть захвачены и использованы для создания электрического тока.

Важным свойством полупроводников является также их малое сопротивление в отсутствие внешнего электрического поля. Это позволяет полупроводникам быть эффективными проводниками электроэнергии и использоваться во множестве электронных устройств и систем.

Кроме того, полупроводники обладают высокой теплопроводностью, что позволяет им эффективно отводить тепло и применяться в тепловых устройствах, таких как радиаторы и термопары.

Эффект Холла в полупроводниках.

Основной эффект Холла заключается в том, что приложенное магнитное поле вызывает перенос заряда, так называемое холловское напряжение, перпендикулярно к направлению тока и магнитному полю.

Этот эффект широко применяется в различных областях, связанных с электроникой и технологией полупроводников. Он используется для измерения магнитного поля, определения типа и концентрации носителей заряда в полупроводниках, а также для создания различных устройств, таких как датчики, магнитометры и транзисторы.

Для наглядности принятой теоретической модели холловского эффекта, электроны в полупроводнике представляются как свободные частицы, движущиеся в однородном магнитном поле. В результате действия силы Лоренца на электроны, они начинают отклоняться от своего пути и осуществлять движение, перпендикулярное равномерно распределенному магнитному полю.

Полученная разность потенциалов между противоположными сторонами полупроводника (холловское напряжение) пропорциональна как интенсивности магнитного поля, так и силе свободных электронов, движущихся в нем. Таким образом, измеряя холловское напряжение, можно получить информацию о концентрации и типе носителей заряда в полупроводнике.

Основные применения эффекта Холла в полупроводниковой электронике связаны с созданием холловских датчиков. Эти датчики способны измерять магнитное поле, которое позволяет определять положение, скорость и ускорение. Также холловские элементы используются в устройствах управления двигателями, токовых измерителях, гальванометрах и других аналоговых устройствах.