Каждый материал в природе обладает определенными свойствами. Эти свойства определяют поведение материалов. Материаловедение является отраслью электроники, которая занимается изучением потока электронов в различных материалах или пространствах, когда они подвергаются различным условиям.
Из-за смешивания атомов в твердых телах вместо отдельных энергетических уровней будут образовываться полосы энергетических уровней. Эти наборы уровней энергии, которые плотно упакованы, называются энергетическими полосами .
Типы материалов
Энергетическая зона, в которой присутствуют валентные электроны, называется валентной зоной , а зона, в которой присутствуют электроны проводимости, называется зоной проводимости . Энергетическая щель между этими двумя полосами называется Запретной энергетической щелью .
В электронном виде материалы широко классифицируются как изоляторы, полупроводники и проводники.
-
Изоляторы. Изоляторы — это такие материалы, в которых проводимость не может иметь место из-за большого запрещенного зазора. Примеры: Дерево, Резина.
-
Полупроводники. Полупроводники — это такие материалы, в которых запрещенная запрещенная зона невелика, и проводимость происходит при приложении некоторой внешней энергии. Примеры: кремний, германий.
-
Проводники — проводники — это такие материалы, в которых запрещенная запрещенная зона исчезает, когда валентная зона и зона проводимости становятся очень близкими, так что они перекрываются. Примеры: Медь, Алюминий.
Изоляторы. Изоляторы — это такие материалы, в которых проводимость не может иметь место из-за большого запрещенного зазора. Примеры: Дерево, Резина.
Полупроводники. Полупроводники — это такие материалы, в которых запрещенная запрещенная зона невелика, и проводимость происходит при приложении некоторой внешней энергии. Примеры: кремний, германий.
Проводники — проводники — это такие материалы, в которых запрещенная запрещенная зона исчезает, когда валентная зона и зона проводимости становятся очень близкими, так что они перекрываются. Примеры: Медь, Алюминий.
Из всех трех изоляторы используются там, где желательно удельное сопротивление электричеству, а проводники используются там, где проводимость должна быть высокой. Полупроводники — это те, которые вызывают особый интерес к тому, как они используются.
Полупроводники
Полупроводник — это вещество, сопротивление которого лежит между проводниками и изоляторами. Свойство удельного сопротивления не единственное, которое определяет материал как полупроводник, но оно имеет несколько свойств следующим образом.
-
Полупроводники имеют удельное сопротивление, которое меньше, чем у изоляторов, и больше, чем у проводников.
-
Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление в полупроводниках возрастает с понижением температуры и наоборот.
-
Проводящие свойства полупроводника изменяются, когда к нему добавляется подходящая металлическая примесь, что является очень важным свойством.
Полупроводники имеют удельное сопротивление, которое меньше, чем у изоляторов, и больше, чем у проводников.
Полупроводники имеют отрицательный температурный коэффициент. Сопротивление в полупроводниках возрастает с понижением температуры и наоборот.
Проводящие свойства полупроводника изменяются, когда к нему добавляется подходящая металлическая примесь, что является очень важным свойством.
Полупроводниковые приборы широко используются в области электроники. Транзистор заменил громоздкие вакуумные трубки, из-за чего размер и стоимость устройств уменьшились, и эта революция продолжала увеличивать свои темпы, приводя к новым изобретениям, таким как интегрированная электроника. Полупроводники могут быть классифицированы, как показано ниже.
Говорят, что полупроводник в его чрезвычайно чистой форме является внутренним полупроводником . Но проводимость этой чистой формы слишком низкая. Чтобы увеличить проводящую способность собственного полупроводника, лучше добавить некоторые примеси. Этот процесс добавления примесей называется допингом . Теперь этот легированный собственный полупроводник называется Внешним полупроводником .
Добавляемые примеси, как правило, представляют собой пятивалентные и трехвалентные примеси. В зависимости от этих типов примесей проводится другая классификация. Когда пятивалентная примесь добавляется в чистый полупроводник, она называется внешним полупроводником N-типа . Кроме того, когда трехвалентная примесь добавляется в чистый полупроводник, она называется внешним полупроводником P-типа .
PN Junction
Когда электрон движется со своего места, говорят, что там образовалась дыра. Итак, дыра — это отсутствие электрона. Если говорят, что электрон перемещается с отрицательного на положительный конец, это означает, что дырка перемещается с положительного на отрицательный конец.
Упомянутые выше материалы являются основами полупроводниковой технологии. Материал N-типа, образованный добавлением пятивалентных примесей, имеет электроны в качестве основных носителей и дырки в качестве неосновных носителей. В то время как материал P-типа, образованный добавлением трехвалентных примесей, имеет дырки в качестве основных носителей и электроны в качестве неосновных носителей.
Давайте попробуем понять, что происходит, когда материалы P и N соединяются вместе.
Если материалы P-типа и N-типа располагаются близко друг к другу, оба они соединяются, образуя соединение, как показано на рисунке ниже.
Материал P-типа имеет отверстия в качестве основных носителей, а материал N-типа имеет электроны в качестве основных носителей . Поскольку противоположные заряды притягиваются, мало дырок в P-типе имеют тенденцию уходить в n-сторону, тогда как немного электронов в N-типе имеют тенденцию уходить в P-сторону
По мере того как они оба движутся в направлении соединения, дырки и электроны рекомбинируют друг с другом, нейтрализуя и образуя ионы. Теперь в этом соединении существует область, где образуются положительные и отрицательные ионы, называемые PN-переходом или барьером перехода, как показано на рисунке.
Образование отрицательных ионов на P-стороне и положительных ионов на N-стороне приводит к образованию узкой заряженной области на любой стороне PN-перехода. Этот регион теперь свободен от подвижных носителей заряда. Ионы, присутствующие здесь, были стационарными и поддерживают область пространства между ними без каких-либо носителей заряда.
Поскольку эта область действует как барьер между материалами типа P и N, это также называется барьерным переходом . У этого есть другое имя, названное как Область истощения, означающее, что это истощает обе области. Происходит разность потенциалов V D из-за образования ионов через соединение, называемое потенциальным барьером, так как оно предотвращает дальнейшее движение дырок и электронов через соединение. Это образование называется Диодом .
Смещение диода
Когда диод или любые два терминальных компонента соединены в цепь, он имеет два смещенных состояния с заданным источником питания. Это прямое смещение и обратное смещение .
Смещение вперед
Когда диод подключен в цепи с его анодом к положительной клемме и катодом к отрицательной клемме источника питания, то такое соединение называется смещенным в прямом направлении .
Этот тип соединения делает цепь более смещенной в прямом направлении и помогает в большей проводимости. Диод хорошо проводит в прямом смещенном состоянии.
Обратное смещенное условие
Когда диод подключен в цепи с его анодом к отрицательной клемме и катодом к положительной клемме источника питания, то такое соединение называется состоянием обратного смещения .
Такое соединение делает цепь все более и более смещенной в обратном направлении и помогает минимизировать и предотвратить проводимость. Диод не может проводить в обратном смещенном состоянии.
С помощью приведенной выше информации у нас теперь есть хорошее представление о том, что такое PN-переход. Обладая этими знаниями, давайте продолжим и узнаем о транзисторах в следующей главе.