Semiconductors alcătuiesc o suprafață extinsă de materiale care diferă unul de altul într-o mare varietate de proprietăți electrice și fizice, precum și o mare varietate de compoziție chimică, care determină diferitele setări din utilizarea lor tehnică.
Prin natura chimică, materialele semiconductoare moderne pot fi împărțite în următoarele patru grupe principale:
1. Materiale semiconductoare cristaline construite din atomi sau molecule ale unui singur element. Astfel de materiale sunt utilizate pe scară largă în prezent, germaniu, siliciu. seleniu. bor, carbură de siliciu etc.
2. Materiale semiconductoare cristaline oxidate, adică materiale din oxizi metalici. Principalele sunt :. oxid cupros, oxid de zinc, oxid de cadmiu, dioxid de titan, oxid de nichel, etc. In acest grup include materialele realizate pe baza titanatului de bariu, stronțiu, zinc, și alți compuși anorganici cu diferiți aditivi mici.
3. Materiale semiconductoare cristaline pe baza compușilor atomilor din grupa a treia și a cincea a sistemului elementar Mendeleev. Exemple de astfel de materiale sunt antimonurile de indiu, galiu și aluminiu, adică compuși de antimoniu cu indiu, galiu și aluminiu. Ele au fost numite compuși intermetalici.
4. Materiale semiconductoare cristaline pe bază de compuși de sulf, seleniu și telur, pe de o parte, și cupru, cadmiu și plumb, pe de altă parte. Astfel de compuși sunt numiți respectiv: sulfuri, selenide și telluride.
Astfel de materiale constituie un grup de semiconductori cu un singur cristal. Cele mai frecvente materiale cu un singur cristal sunt germaniul și siliciul. Au fost elaborate metode pentru producerea de cristale unice și carbură de siliciu. singurele cristale de compuși intermetalici.
Alte materiale semiconductoare sunt un amestec de multe cristale mici, sudate aleator unul de altul. Astfel de materiale se numesc policristaline. Reprezentanții materialelor semiconductoare policristaline sunt seleniul și carbură de siliciu, precum și materialele fabricate din diferite oxizi prin metodele tehnologiei ceramice.
Luați în considerare materialele semiconductoare utilizate pe scară largă.
Germaniul este un element al celui de-al patrulea grup al sistemului periodic de elemente al lui Mendeleyev. Germanium are o culoare strălucitoare de argint. Punctul de topire al germaniului este de 937,2 ° C. În natură apare frecvent, dar în cantități foarte mici. Prezența germaniului se găsește în minereurile de zinc și în cenușă de diferite cărbuni. Principala sursă de germaniu este cenușa de cărbune și deșeurile din plantele metalurgice.
Lingua de germaniu obținută ca urmare a unui număr de operații chimice nu este încă o substanță potrivită pentru fabricarea dispozitivelor semiconductoare din acesta. Conține impurități insolubile, nu este încă un singur cristal și nu conține o impuritate doping, care determină forma necesară de conductivitate electrică.
Pentru a curăța lingoul de impuritățile insolubile, metoda de topire a zonei este larg utilizată. Doar acele impurități care se dizolvă diferit într-un semiconductor solid dat și în topitura acestuia pot fi eliminate prin această metodă.
Germanium are o mare duritate, dar este extrem de fragil și se împarte în bucăți mici când este lovit. Cu toate acestea, cu un ferăstrău cu diamant sau alte dispozitive, acesta poate fi tăiat pe plăci subțiri. industria internă fabricate din germaniu dopați valori de conductivitate de electroni cu rezistivitate diferite de la 0,003 la 45 ohmi x cm și un tip p dopat cu conductivitate germaniu cu o rezistivitate de 0,4 până la 5,5 ohm x cm sau mai mare. Rezistența specifică a germenului pur la temperatura camerei # 961; = 60 ohm x cm.
Germaniul ca material semiconductor este folosit pe scară largă nu numai pentru diode și triode. din acesta sunt produse redresoare puternice pentru curenții mari, diferiți senzori utilizați pentru măsurarea rezistenței câmpului magnetic, termometre de rezistență pentru temperaturi joase etc.
Siliconul este distribuit pe scară largă în natură. Ea, ca și germaniul, este un element al celui de-al patrulea grup al sistemului de elemente Mendeleyev și are aceeași structură cristalină (cubică). Siliconul lustruit obține o strălucire metalică din oțel.
La fel ca germaniul, siliciul este fragil. Punctul său de topire este mult mai mare decât cel al germaniului: 1423 ° C. Rezistența specifică a siliciului pur la temperatura camerei # 961; = 3 x 105 ohm-cm.
Deoarece temperatura de topire de siliciu este semnificativ mai mare decât cea a germaniului, creuzetul de grafit este înlocuit cu cuarț, deoarece grafit la temperaturi ridicate poate reacționa cu siliciu pentru a forma carbură de siliciu. În plus, poluanții pot intra în siliciul topit din grafit.
Industria Semiconductor produce siliciu dopat cu conductivitate de electroni (grade diferite), cu o rezistivitate de 0,01 până la 35 ohm x cm și o conductivitate de tip p, de asemenea, diferite clase cu o rezistivitate de 0,05 până la 35 ohm x cm.
Siliconul, ca și germaniul, este utilizat pe scară largă pentru fabricarea numeroaselor dispozitive semiconductoare. În redresorul de siliciu, se obțin tensiuni în spate mai mari și temperaturi de funcționare (130 - 180 ° C) decât în redresoarele de germaniu (80 ° C). Din siliciu, sunt fabricate diode punctuale și planoare și triode, fotocelule și alte dispozitive semiconductoare.
În Fig. 3 prezintă dependențele rezistenței specifice a germaniului și siliciului din ambele tipuri asupra concentrației de impurități dopante în ele.
Fig. 3. Influența concentrației de impurități asupra rezistivității germenului și siliciului la temperatura camerei: 1 - siliciu, 2 - germaniu
Curbele din figura arată că dopanfilor au un efect profund asupra mărimii rezistivității: germaniului se schimbă amplitudinea g rezistență proprie de 60 ohmi x cm până la 10 -4 ohm x cm, adică 5 x 10 5 ori și y .. siliciu cu 3 x 10 3 10 4 ohm x cm, adică. e. în 3 x 10 9 ori.
Materialul policristalin, carbură de siliciu, a fost utilizat ca material pentru fabricarea rezistențelor neliniare.
Fig. 4. Carbura de siliciu
Carbura de siliciu este utilizată pentru fabricarea descărcătoarelor de porți pentru linii electrice - dispozitive care protejează linia de alimentare de supratensiuni. În ele, discurile dintr-un semiconductor neliniar (carbură de siliciu) permit curentului să curgă la sol sub efectul valurilor de supratensiune care apar în linie. Ca urmare, funcționarea normală a liniei este restabilită. La aceeași tensiune de funcționare, liniile de rezistență ale acestor discuri cresc, iar curentul de scurgere de la linie la sol se oprește.
În funcție de impuritățile de dopaj introduse, se formează două tipuri principale de carbură de siliciu: verde și negru. Acestea diferă unul de celălalt tip de conductivitate, carbură de siliciu și anume verde obkidaet conductor de tip n și negru - tip p conductivitate.
Pentru descărcătoarele de supape din carbură de siliciu se realizează discuri cu diametre cuprinse între 55 și 150 mm și înălțime între 20 și 60 mm. În dispozitivul de descărcare, discurile de carbură de siliciu sunt conectate în serie unul cu celălalt și cu goluri de scânteie. Sistemul format din discuri și spații scânteie este comprimat de un arc spiralat. Folosind un șurub, descărcătorul este conectat la linia de transmisie. iar pe de altă parte arzătorul este conectat printr-un fir la sol. Toate detaliile arzătorului sunt plasate într-un corp de porțelan.
La tensiunea normală pe linia de transmisie, curentul de pe linie nu trece prin supapă. La aceleași tensiuni ridicate (supratensiune) produse de electricitate atmosferică sau lacune interne scânteie supratensiune sunt perforate, iar discurile de supapă va fi sub tensiune înaltă.
Rezistența lor va scădea brusc, ceea ce va asigura scurgerea curentului de la linia la sol. Trecut de un curent mare va reduce tensiunea la normal și în discurile supapei rezistența va crește. Valva va fi blocată, adică curentul de funcționare al liniei nu va fi trecut la ele.
Carbura de siliciu este încă utilizată în redresoarele cu semiconductoare care funcționează la temperaturi ridicate de funcționare (până la 500 ° C).
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: