полупроводници

Физички

2022

Објашњавамо шта је електрични полупроводник, његове врсте, примене и примере. Поред тога, проводни и изолациони материјали.

Најшире коришћени полупроводник је силицијум.

Шта је полупроводник?

Полупроводници су материјали који могу да делују као електрични проводници или као електрични изолатори, у зависности од физичких услова у којима се налазе. Ови услови обично укључују температура анд тхе Притисак, инциденцу зрачења или интензитете електрично поље или магнетно поље којима је материјал подвргнут.

Полупроводници се састоје од хемијски елементи веома различите међу собом, које у ствари потичу из других региона Периодни систем, али деле одређене хемијске особине (углавном су четворовалентне), које им дају њихова посебна електрична својства. Тренутно, најчешће коришћени полупроводник је силицијум (Си), посебно у индустрији електроника и од рад на рачунару.

Поред изолационих материјала, полупроводнике је 1727. године открио енглески физичар и природњак Стивен Греј (1666-1736), али је законе који описују њихово понашање и својства описао много касније, 1821. године, чувени немачки физичар Георг Симон.Ом (1789-1854).

Примене полупроводника

Полупроводници су посебно корисни у електронској индустрији, јер омогућавају вожњу и модулацију електрична струја према потребним обрасцима. Из тог разлога, уобичајено је да су навикли да:

  • Транзистори
  • Интегрисаних кола
  • Електричне диоде
  • Оптички сензори
  • Солид стате ласери
  • Модулатори електричног погона (попут појачала за електричну гитару)

Врсте полупроводника

Полупроводници могу бити два различита типа, у зависности од њиховог одговора на физичко окружење у којем се налазе:

Интринзични полупроводници

Састоје се од једне врсте атоми, уређен у молекуле тетраедарски (тј. четири атома са валентношћу 4) и њихови атоми спојени ковалентне везе.

Ова хемијска конфигурација спречава кретање без електрона око молекула, осим повећања температуре: тада електрони преузимају део Енергија на располагању и „скоче“, остављајући слободан простор који се преводи као позитивно наелектрисање, што ће заузврат привући нове електроне. Овај процес се назива рекомбинација, а количина од топлота потребна за ово зависи од хемијског елемента у питању.

Екстринзични полупроводници

Ови материјали дозвољавају процес допинга, односно дозвољавају да се нека врста нечистоћа укључи у њихову атомску конфигурацију. У зависности од ових нечистоћа, које могу бити петовалентне или тровалентне, полупроводнички материјали се деле на два:

  • Екстринзички полупроводници Н-типа (донори). У овим врстама материјала, електрони бројчано надмашују рупе или носиоце слободног наелектрисања („простори“ позитивног наелектрисања). Када се разлика потенцијала примени на материјал, слободни електрони се померају лево од материјала, а рупе затим удесно. Када рупе стигну до крајње десне стране, електрони из спољашњег кола улазе у полупроводник и долази до преношења електричне струје.
  • Екстринзични полупроводници типа П (акцептори). У овим материјалима, додата нечистоћа, уместо да повећава расположиве електроне, повећава рупе.Тако говоримо о додатом акцепторском материјалу, пошто постоји већа потражња за електронима него расположивости и сваки слободан „простор” где електрон треба да оде служи да би се олакшао пролаз струје.

Примери полупроводничких материјала

Полупроводници служе као модулатори електричног преноса.

Најчешћи и коришћени полупроводници у индустрија су:

  • силицијум (Си)
  • Германијум (Ге), често у легуре силицијум
  • галијум арсенид (ГаАс)
  • Сумпор
  • Кисеоник
  • Кадмијум
  • Селен
  • Индијанац
  • Остали хемијски материјали који настају комбинацијом елемената из група 12 и 13 периодног система, са елементима из група 16 и 15 респективно.

Проводни материјали

За разлику од полупроводника, чија својства електричне проводљивости варирају, проводни материјали су увек спремни за пренос електрична енергија, због електронске конфигурације његових атома. Ова проводљивост може флуктуирати и на њу у одређеној мери утиче физичко стање животне средине од електрична проводљивост није апсолутно.

Примери проводних материјала су велика већина метали (гвожђе, жива, бакар, алуминијум, итд.) и Вода.

Изолациони материјали

Коначно, изолациони материјали су они који се опиру провођењу електричне енергије, односно који спречавају пролазак електрона и стога су корисни да се заштите од струје, да би спречили да се креће слободно или од кратког споја. Изолатори такође не изолују сто посто ефикасно, они имају границу (напон пробоја) изнад које је енергија толико интензивна да не могу да одрже своје стање као изолатори и, према томе, преносе електричну струју, бар у одређеном степену.

Примери изолационих материјала су пластичне, керамика, стакло, дрво и папир.

!-- GDPR -->