Halbleiter

Das Halbleiterwie Germanium, Silizium, Kohlenstoff, Selen,usw. sind die Materialien, die weder Leiter noch Isolatoren sind. Ihre Leitfähigkeit liegt zwischen oder in der Mitte der Leitfähigkeit von Leitern und Isolatoren. Halbleiter haben einige nützliche Eigenschaften und werden in großem Umfang für die Herstellung von Halbleiterbauelementen wie Diode, Transistor usw. verwendet.

Das Valenzband dieser Substanzen ist zwarfast gefüllt und das Leitungsband ist fast leer wie bei Isolatoren. Die verbotene Energielücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband ist jedoch sehr klein (fast 1 Elektronenvolt), wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Daher ist ein elektrisches Feld kleiner alsIsolatoren und mehr als Leiter sind erforderlich, um die Valenzelektronen in das Leitungsband zu schieben. Nur wenige Elektronen kreuzen das Leitungsband selbst bei Raumtemperatur, da die Valenzelektronen teilweise mit Wärmeenergie beaufschlagt werden.

Mit steigender Temperatur immer mehrDie Anzahl der Valenzelektronen überschreitet das Leitungsband und die Leitfähigkeit des Materials steigt an. Daher haben diese Materialien einen negativen Widerstandstemperaturkoeffizienten.

Häufig verwendete Halbleitermaterialien

Es gibt eine große Anzahl von Tetravalent verfügbare Materialien wie Kohlenstoff im Diamantstat, Silizium, Germanium und graues Zinn. Die minimale Energie, die zum Brechen der kovalenten Bindung in diesen Materialien erforderlich ist, beträgt 7, 1,12, 0,75 bzw. 0,1 Elektronenvolt.

Kohlenstoff im Diamantzustand verhält sich wie einIsolator mit einer verbotenen Energielücke von 7 eV. Grau mit einer verbotenen Energielücke von 0,1 eV verhält sich wie ein Dirigent. Daher haben Germanium und Silizium eine Energielücke von 0,75 bzw. 1,12 eV, die für Halbleitermaterialien am besten geeignet sind.

Die zwei Halbleitermaterialien werden unten diskutiert.

Germanium

Germanium wurde 1886 entdeckt. Es ist ein Erdelement, das aus der Asche bestimmter Coaks oder aus dem Flugstaub von Zinkhütten gewonnen wurde. Das gewonnene Germanium liegt in Form von Germaniumdioxidpulver vor. Es wird dann in reines Germanium umgewandelt.

Das atomare Struktur von Germanium ist unten gezeigt.

Seine Ordnungszahl ist 32. Es hat 32 Protonen im Kern und 32 Elektronen, die in den vier Bahnen um den Kern verteilt sind. Die Anzahl der Elektronen in der ersten, zweiten, dritten und vierten Bahn beträgt 2, 8, 18 bzw. 4. Es ist klar, dass das Germanium vier Valenzelektronen hat. Die verschiedenen Germaniumatome werden durch kovalente Bindungen zusammengehalten, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Das Energiebanddiagramm von Germanium ist unten gezeigt.

Die verbotene Energielücke (d. H. Die Lücke zwischen dem Valenzband und dem Leitungsband ist in diesem Material sehr klein. Daher reicht eine sehr kleine Energie aus, um die Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband zu heben.

Silizium

Silizium ist das Element, das in den meisten Fällen verfügbar istgewöhnliche Felsen. Sand ist eigentlich Siliziumdioxid. Es wird chemisch behandelt und zu reinem Silizium reduziert, das zur Herstellung elektronischer Geräte verwendet werden kann.

Die folgende Abbildung zeigt die Atomstruktur von Silizium.

Die Ordnungszahl ist 14. Daher hat es 14 Protonen im Kern und 14 Elektronen, die in den drei Bahnen um den Kern verteilt sind. Die Anzahl der Elektronen im ersten, zweiten und dritten Orbit beträgt 2, 8 bzw. 4. Die verschiedenen Siliciumatome werden durch kovalente Bindungen zusammengehalten, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

Das Energiebanddiagramm des Siliziummaterials ist unten gezeigt.

Die verbotene Energielücke in diesem Material ist recht klein. Es braucht auch eine kleine Energie, um die Elektronen vom Valenzband in das Leitungsband zu heben.

Daher auch bei Raumtemperatur eine MinuteDie Menge der Valenzelektronen wird zum Leitungsband angehoben und bildet eine Stromleitung, wenn ein hohes elektrisches Feld angelegt wird. Bei Raumtemperatur ist jedoch die Anzahl der Elektronen, die im Fall von Silizium in das Leitungsband gehoben werden, ziemlich geringer als bei Germanium.

Dies ist der Grund, warum Silizium-Halbleitervorrichtungen gegenüber Germaniumvorrichtungen bevorzugt werden.