Ehemplo sa conductor. Matang, mga kabtangan, praktikal nga aplikasyon

Ang labing inila nga mao ang semiconductor silicon (Si). Apan gawas gikan kaniya, adunay daghan nga mga sa uban. Mga panig-ingnan mao ang natural nga, sama sa mga materyal sa semiconductor sama sa blende (ZnS), cuprite (CU ₂ Oh), galena (PBS) ug daghan pang uban. Ang pamilya sa mga conductor, lakip na ang conductor nga giandam sa laboratoryo, nagrepresentar sa usa sa mga labing lain-laing klase sa mga materyales nga nahibaloan sa tawo.

Hatag hiyas sa mga conductor

Sa 104 nga mga elemento sa matag lamesa mao ang mga metal 79, 25 - nonmetals nga gikan nga sa 13 nga mga elemento sa kemikal sa pagpanag-iya semiconducting kabtangan ug 12 - dielectric. Main semiconductor bahin naglangkob sa nga ang ilang conductivity nagdugang kamahinungdanon sa pagdugang sa temperatura. Sa ubos nga temperatura, magbinuotan sila sama sa insulators, ug sa hatag-as nga - sama sa konduktor. Kini nga mga conductor nga mga lain-laing mga gikan sa metal: metal pagbatok nagdugang proporsiyon sa mga abut sa temperatura.

Laing kalainan gikan sa semiconductor metal mao nga ang pagbatok sa semiconductor pagminus, mga pagmobu sa ilalum sa impluwensya sa kahayag, samtang sa ulahing mga sa metal nga dili apektado. Usab ang conductivity sa mga conductor magkalahi sa diha nga ipangalagad sa usa ka menor de edad nga kantidad sa kahugawan.

Conductor makaplagan taliwala sa mga kemikal nga compounds uban sa lain-laing mga istruktura kristal. Kini nga mga mahimong mga elemento sama sa silicon ug selenium, o double compounds sama sa gallium arsenide. Daghang mga organic compounds, sama sa polyacetylene, (CH) _n, - mga materyales semiconductor. Sa pipila ka conductor exhibit magnetic (Cd _1-x Mn _x Te) o ferroelectric kabtangan (SbSI). Ang ubang mga alloying uban sa igo nga mahimong superconductors (salipod ug SrTiO _3). Daghan sa mga bag-ong nadiskobrehan nga hatag-as-nga temperatura superconductors adunay metallic semiconducting hugna. Kay sa panig-ingnan, La ₂ CuO ₄ mao ang usa ka semiconductor, apan ang pagtukod sa subong nga may Sr mahimong sverhrovodnikom (La _1-x Sr _{x) 2} CuO _4.

Physics mga libro sa paghatag kahulugan ingon nga ang mga materyal nga semiconductor uban sa usa ka electrical resistivity sa gikan sa 10 ^-4 ngadto sa 10 ⁷ ohms · m. Tingali ang usa ka alternatibo nga kahulugan. Ang gilapdon sa gidili nga bakus sa semiconductor - gikan sa 0 ngadto sa 3 eV. Metal ug semimetals - sa usa ka materyal nga uban sa zero enerhiya gintang, ug ang bahandi nga kini milapas sa K eV gitawag nga insulators. Adunay mga eksepsiyon. Pananglitan, ang usa ka semiconductor diamante adunay usa ka halapad nga gidili zone 6 eV, usa ka semi-insulating Gaas - 1,5 eV. Gan, usa ka materyal nga alang sa optoelectronic lalang sa asul nga rehiyon, adunay usa ka gidili nga panon sa mga sundalo gilapdon sa 3.5 eV.

sa enerhiya gintang

Valence orbitals sa mga atomo sa kristal kinuroskuros gibahin ngadto sa duha ka mga grupo sa mga ang-ang sa enerhiya - sa usa ka libre nga zone, nga nahimutang sa labing taas nga ang-ang, ug motino sa electrical conductivity sa mga conductor, ug ang sa Valence panon sa mga sundalo, sa ubos. Kini nga mga ang-ang, depende sa nindot nga porma sa kinuroskuros istruktura kristal ug mga atomo mahimong motadlas o nga spaced gikan sa matag usa. Sa ulahing mga kaso adunay usa ka enerhiya gintang, o sa lain nga mga pulong, sa taliwala sa mga gidili nga panon sa mga sundalo zones.

Ang nahimutangan ug ang lebel sa pagpuno determinado sa conductive kabtangan sa mga materyal nga. Sumala niini nga bahin bahandi gibahin sa mga konduktor, insulators, ug conductor. Ang gilapdon sa gidili nga bakus sa semiconductor magkalahi 0.01-3 eV, ang enerhiya gintang sa dielectric kay sa 3 eV. Metal tungod sa sapaw sa enerhiya kal nga lebel dili.

Conductor ug mga insulators, lahi sa mga metal, ang mga electron napuno sa Valence panon sa mga sundalo ug sa labing duol nga free zone, o ang conduction panon sa mga sundalo, ang Valence enerhiya ang mga kinutaang gikan sa busgak - bahin sa gidili nga kusog sa electron.

Sa dielectrics sa kainit enerhiya o negligible electric uma dili igo sa paghimo sa jump pinaagi niini nga gintang, ang mga electron dili subject sa conduction panon sa mga sundalo. Sila mao ang mga dili makahimo sa paglihok pinaagi sa kristal kinuroskuros ug mahimong mga tagdala sa mga electric kasamtangan.

Sa pag-energize sa electrical conductivity, usa ka electron sa ang-ang sa Valence kinahanglan nga gihatag sa enerhiya, nga igo sa pagbuntog sa mga enerhiya gintang. Lamang sa diha nga ang kantidad sa enerhiya pagsuyup dili gamay kay sa bili sa enerhiya gintang, moagi gikan sa electron nga lebel sa Valence sa ang-ang conduction.

Sa kaso nga, kon ang gilapdon sa enerhiya gintang milapas 4 eV, conductivity semiconductor eksaytasyon irradiation o sa pagpainit mao ang halos imposible - ang eksaytasyon kusog sa mga electron sa temperatura matunaw dili paigo nga moambak sa enerhiya gintang pinaagi sa zone. Sa diha nga ang naandan nga kainit, ang kristal nga matunaw sa atubangan sa mga electronic conductivity. Ang maong mga mga butang naglakip sa quartz (Deu = 5,2 eV), diamante (Deu = 5,1 eV), sa daghan nga mga salts.

Extrinsic ug nay conductivity semiconductor

Net kristal semiconductor adunay nay conductivity. Ang maong mga conductor tukma nga mga ngalan. Nay semiconductor naglakip sa usa ka managsama nga gidaghanon sa mga buslot ug libre nga electron. Sa diha nga ang pagpainit sulod conductivity sa mga conductor pagtaas. Sa kanunay nga temperatura, adunay usa ka kahimtang sa dinamikong panimbang nga kantidad sa namugna electron-lungag nagtinagurha ug ang gidaghanon sa recombining electron ug mga lungag, nga magpabilin nga kanunay ubos sa niini nga mga kahimtang.

Ang presensya sa mga impurities kamahinungdanon makaapekto sa electrical conductivity sa mga conductor. Pagdugang kanila nagtugot sa hilabihan gayud sa pagdugang sa gidaghanon sa mga libre nga electron sa usa ka gamay nga gidaghanon sa mga buslot ug sa pagdugang sa gidaghanon sa mga buslot sa usa ka gamay nga gidaghanon sa mga electron sa ang-ang conduction. Kahugawan conductor - ang mga konduktor nga may kahugaw conductivity.

Mga hugaw daling donar electron gitawag donor. Donor mga hugaw mahimong kemikal nga mga elemento sa mga atomo, ang mga ang-ang sa Valence nga naglakip sa dugang nga mga electron kay sa mga atomo sa tungtonganan nga materyal. Pananglitan, phosphorus, ug bismuth - sa usa ka silicon donor impurities.

Ang enerhiya nga gikinahanglan alang sa jump sa usa ka electron sa rehiyon conduction, gitawag pagpaaktibo sa enerhiya. Kahugawan semiconductor kinahanglan sa usa ka daghan dili kaayo niini kay sa base sa materyal nga. Uban sa usa ka gamay nga pagpainit o kahayag sa kasagaran gibuhian electron sa atomo sa kahugaw conductor. Ibutang mibiya sa atomo nagkinahanglan sa usa ka electron lungag. Apan ang electron lungag recombination dili pagkuha sa dapit. donor lungag conductivity mao ang negligible. Kini tungod kay ang usa ka gamay nga kantidad sa kahugawan atomo dili motugot free electron sa kasagaran nga mas duol sa lungag ug sa paghupot niini. Electron ang pipila lungag, apan dili makahimo sa pun-on kanila tungod sa kakulang sa lebel sa enerhiya.

Usa ka gamay nga additive donor kahugawan sa pipila sugo nagdugang ang gidaghanon sa conduction electron kon itandi sa gidaghanon sa mga libre nga electron sa nay semiconductor. Electron dinhi - ang nag-unang mga tagdala sa atomic kaso sa kahugawan conductor. Kini nga mga mga butang iya sa conductor n-type.

Mga hugaw nga sa paggapus sa mga electron sa semiconductor, sa pagdugang sa gidaghanon sa mga buslot sa niini, nga gitawag acceptor. Acceptor mga hugaw nga mga kemikal nga elemento sa usa ka mas gamay nga gidaghanon sa mga electron sa Valence nga lebel kay sa base sa semiconductor. Boron, gallium, indium - acceptor kahugaw sa silicon.

Ang mga kinaiya sa mga semiconductor mga nagsalig sa iyang kristal istruktura depekto. Kini maoy hinungdan sa panginahanglan sa nagtubo nga hilabihan putli kristal. Ang lantugi sa semiconductor conduction kontrolado sa mga Dugang pa sa dopants. Silicon kristal sabog sa phosphorus (V grupong sakop elemento) nga mao ang usa ka donor sa paghimo kristal silicon n-type. Kay sa kristal uban sa usa ka p-type silicon ipangalagad boron acceptor. Conductor mabayran Fermi nga lebel sa paglihok niini ngadto sa tunga-tunga sa mga panon sa mga sundalo gintang gilalang sa niini nga paagi.

single-elemento conductor

Ang labing komon nga semiconductor mao, siyempre, silicon. Mag-uban uban sa Alemanya, siya mao ang prototype sa usa ka dako nga matang sa mga conductor nga adunay susama nga kristal istruktura.

Structure kristal Si ug Gen mao ang mga sama nga sa diamante ug α-lata. Kini palibot sa matag atomo 4 labing duol nga mga atomo nga pagporma sa usa ka tetrahedron. Ang maong koordinasyon gitawag sa upat ka mga panahon. Kristal tetradricheskoy bugkos steel base alang sa mga electronics sa industriya ug sa pagdula sa usa ka yawe nga papel sa modernong teknolohiya. Ang pipila sa mga elemento V ug VI sa matag grupo sa lamesa mao ang mga conductor usab. Ehemplo sa niini nga matang sa conductor - phosphorus (P), azufre (S), selenium (Se) ug tellurium (Te). Kini nga mga conductor mahimong triple atomo (P), disubstituted (S, Se, Te) o sa usa ka upat ka-pilo nga koordinasyon. Ingon sa usa ka resulta sa maong mga elemento nga molungtad diha sa pipila ka mga lain-laing mga kristal nga mga estruktura, ug usab nga andam diha sa porma sa bildo. Pananglitan, Se mitubo sa monoclinic ug trigonal kristal istruktura o ingon nga usa ka tamboanan (nga mahimo usab nga giisip nga usa ka polymer).

- Diamond adunay maayo kaayo nga sa kainit conductivity, maayo kaayo nga mechanical ug optical kabtangan, nga hatag-as nga mekanikal nga kalig-on. Ang gilapdon sa enerhiya gintang - DE = 5,47 eV.

- Silicon - semiconductor nga gigamit sa solar mga selula, ug amorphous porma, - sa usa ka manipis nga-pelikula solar mga selula. Kini mao ang labing gigamit sa semiconductor solar mga selula, sayon sa paghimo, adunay maayo nga electrical ug mekanikal nga mga kabtangan. DE = 1,12 eV.

- germanium - semiconductor nga gigamit sa gamma-ray spectroscopy, taas nga performance solar mga selula. Gigamit sa unang diodes ug transistors. Kini nagkinahanglan kaayo pagpanglimpyo kay sa silicon. DE = 0,67 eV.

- selenium - sa usa ka semiconductor, nga gigamit diha sa mga rectifiers selenium nga may usa ka hataas nga radiation pakigbatok ug ang abilidad sa pag-ayo sa iyang kaugalingon.

Duha ka-elemento compounds

Kabtangan sa conductor nag-umol nga mga elemento 3 ug 4 sa matag grupo sa lamesa sama sa kabtangan sa mga compounds 4 grupo. Ang transisyon gikan sa 4 mga grupo sa mga elemento sa magasakot 3-4 gr. Kini naghimo sa komunikasyon tungod kay ionic sugo transport electron gikan sa usa ka atomo sa atomo 3 Group 4 Group. Ionicity-usab ang mga kabtangan sa conductor. Kini maoy hinungdan sa usa ka dugang sa Coulomb enerhiya ug ion-Ion interaction sa enerhiya gintang electron panon sa mga sundalo nga gambalay. PANIG-INGNAN duha compounds sa niini nga matang - indium antimonide, InSb, gallium arsenide Gaas, gallium antimonide GaSb, indium phosphide INP, aluminum antimonide AlSb, gallium phosphide gintang.

Ionicity pagtaas ug bili niini motubo labaw pa nga mga grupo sa mga compounds 2-6 compounds, sama sa cadmium selenide, zinc sulfide, cadmium sulfide, cadmium telluride, zinc selenide. Ingon sa usa ka resulta, ang kadaghanan sa mga compounds 2-6 grupo nga gidili panon sa mga sundalo mas lapad pa sa 1 eV, gawas compounds mercury. Mercury Telluride - walay enerhiya gintang semiconductor, semi-metal, sama sa α-lata.

Conductor 2-6 mga grupo sa usa ka mas dako nga enerhiya gintang makakaplag paggamit sa sa produksyon sa mga laser ug mga pasundayag. Duha nga mga grupo 6 2- compound sa usa ka sigpit nga gintang sa enerhiya angay alang sa infrared tigdawat. Duha compounds sa mga elemento sa mga grupo 1-7 (cuprous bromide CuBr, agi salapi iodide, tumbaga chloride CuCl) tungod sa hataas nga ionicity adunay mas lapad bandgap K eV. sila dili tinuod nga conductor, ug insulators. Crystal pagtubo angkla sa enerhiya tungod sa Coulomb interionic interaction pasilitar structuring atomo asin sa ikaunom nga order, sa baylo nga sa quadratic coordinate. Compounds 4-6 mga grupo - sulfide, tingga telluride, lata sulfide - ingon nga conductor. Ionicity sa niini nga mga butang usab nga nagpasiugda sa pagtukod unom ka pilo koordinasyon. Daghan dili ionicity nagdili sa atubangan sila sa usa ka kaayo nga pig-ot nga panon sa mga sundalo kal, sila mahimong gamiton alang sa pagdawat sa infrared radiation. Gallium nitride - sa usa ka compound mga grupo 3-5 uban sa usa ka halapad nga enerhiya gintang, sa pagpangita sa aplikasyon sa semiconductor laser ug sa kahayag-emitting diodes operate sa sa asul nga bahin sa kolor.

- Gaas, gallium arsenide - sa panginahanglan human sa ikaduha nga silicon semiconductor sagad gigamit ingon nga sa usa ka substrate alang sa ubang mga konduktor, alang sa panig-ingnan, GaInNAs ug InGaAs, sa setodiodah infrared, nga hatag-as nga frequency transistors ug ICS, episyente kaayo solar mga selula, laser diodes, detector sa nukleyar nga tambal. DE = 1,43 eV, nga improb sa gahum lalang kon itandi sa silicon. Brittle, naglakip sa dugang mga hugaw lisud nga sa paghimo.

- ZnS, zinc sulfide - zinc asin sa hydrogen sulphide sa gidili nga panon sa mga sundalo zones ug 3,54 3,91 eV, nga gigamit sa mga laser ug ingon sa usa ka phosphor.

- SnS, tin sulfide - semiconductor nga gigamit sa photoresistors ug photodiodes, de = 1,3 ug 10 eV.

oxide

Ang metal nga oxide sa labing maayo sa mga labing maayo nga insulators, apan adunay mga eksepsiyon. Ehemplo sa niini nga matang sa conductor - nickel oxide, tumbaga oxide, cobalt oxide, tumbaga dioxide, puthaw oxide, europium oxide, zinc oxide. Tungod kay ang tumbaga dioxide anaa nga ingon sa sa mineral cuprite, kabtangan niini gitun-an intensively. Ang pamaagi alang sa cultivation sa niini nga matang sa semiconductor dili pa bug-os tin-aw, mao nga ang ilang paggamit limitado gihapon. Usa ka gawas mao ang zinc oxide (ZnO), compound mga grupo 2-6, gigamit ingon nga ang transducer ug sa produksyon sa patapot tape ug mga plasters.

Ang kahimtang nausab human sa superconductivity nadiskobrehan sa daghang compounds sa tumbaga uban sa oksiheno. Ang unang taas nga temperatura superconductor abli Bednorz ug Muller, si compound semiconductor base sa La ₂ CuO _4, ang enerhiya gintang sa 2 eV. Kapuli divalent trivalent lanthanum, barium o strontium, gipaila-ila ngadto sa semiconductor katungdanan tagdala sa mga buslot. Pagkab-ot sa gikinahanglan nga lungag konsentrasyon naghimo La ₂ CuO ₄ superconductor. Sa niini nga panahon, ang labing taas nga temperatura sa transisyon ngadto sa dako kaayong estado iya maghimo HgBaCa ₂ Cu ₃ Oh _8. Sa taas nga pressure, ang bili niini mao ang 134 K.

ZnO, zinc oxide varistor gigamit, ug sa azul nga kahayag-emitting diodes, gas sensor, biological sensor, coatings tamboanan sa pagpamalandong infrared kahayag, ingon sa usa ka konduktor sa LCD pagpakita ug solar baterya. DE = 3,37 eV.

hut-ong nga mga kristal

Double compounds sama sa diiodide tingga, gallium selenide ug molybdenum disulphide lahi hut-ong gambalay sa kristal. Ang lut-od nga mga covalent talikala sa dakong kalig-on, mas lig-on kay sa van der Waals talikala sa taliwala sa mga sapaw, mga haklap sa ilang mga kaugalingon. Conductor sa maong matang mga makapaikag tungod kay ang mga electron magbinuotan sa sapaw, mga haklap sa usa ka quasi-duha ka-gidak-on. Interaction sa mga sapaw, mga haklap nabalhin pinaagi sa pagpaila sa gawas atomo - intercalation.

Mos _2, molybdenum disulfide gigamit sa hatag-as nga frequency detector, rectifiers, memristor, transistors. DE = 1,23 ug 1.8 eV.

organic nga conductor

Mga panig-ingnan sa mga conductor sa basehan sa organic compounds - naphthalene, polyacetylene (CH _{2) n,} anthracene, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole. Organic conductor adunay usa ka bintaha sa mga dili-organiko nga: sila sayon sa paghatag sa gitinguha nga kalidad. Mga butang uban sa conjugate talikala maporma -c = P-C = pagpanag-iya malig Optical non-linearity ug, tungod niini, sa optoelectronics apply. Dugang pa, ang enerhiya nga pundok gintang sa organic semiconductor compound sa pormula vary kausaban nga mas sayon kay sa conventional conductor. Kristal allotropes sa carbon fullerenes, graphene, nanotubes - usab conductor.

- Fullerene adunay usa ka gambalay sa porma sa usa ka sirado nga convex polyhedron ugleoroda bisan gidaghanon sa mga atomo. Usa ka doping fullerene P ₆₀ uban sa usa ka alkali metal transforms kini ngadto sa usa ka superconductor.

- graphite carbon monoatomic layer mao ang nag-umol, konektado sa usa ka duha ka-dimensional unom ka kilid kinuroskuros. Rekord adunay conductivity ug ang electron paglihok, nga hatag-as rigidity

- Nanotubes mga giligid ngadto sa usa ka tube graphite plate nga may usa ka diametro sa pipila nanometer. Kini nga mga matang sa carbon adunay dako nga saad sa nanoelectronics. Depende sa tinakdoan mahimong metallic o semiconductor kalidad.

magnetic conductor

Compounds uban sa magnetic ion sa europium ug manganese adunay talagsaon nga magnetic ug semiconducting kabtangan. Ehemplo sa niini nga matang sa conductor - europium sulfide, selenide europium ug lig-on nga solusyon, ang maong Cd _1-x Mn _x Te. Ang sulod sa mga magnetic ion makaapekto sa duha nga mga butang ipakita magnetic kabtangan sama sa ferromagnetism ug antiferromagnetism. Semimagnetic conductor - mao ang usa ka malisud nga magnetic conductor solusyon nga naglangkob sa magnetic ion sa ubos nga konsentrasyon. Ang maong lig-on nga solusyon sa pagdani sa pagtagad sa inyong paglaom ug dako nga potensyal sa posible nga mga aplikasyon. Pananglitan, sa lahi sa mga non-magnetic conductor, sila pagkab-ot sa usa ka milyon nga mga panahon mas dako Faraday rotation.

Lig-on magnetooptical epekto sa magnetic conductor motugot sa ilang mga paggamit sa optical modulasyon. Perovskites, sama sa Mn _0.7 Aw _0,3 Oh _3, mga kabtangan sa iyang mga labaw sa metal-semiconductor transisyon, nga direkta nga pagsalig sa magnetic resulta uma sa mga panghitabo sa higanteng magneto-resistivity. Sila gigamit sa radyo, optical mga lalang, nga kontrolado sa usa ka magnetic field, usa ka microwave waveguide lalang.

ferroelectrics semiconductor

Kini nga matang kristal gihulagway pinaagi sa presensya sa ilang electric nga mga higayon ug sa mga panghitabo sa diha-diha nga polarization. Pananglitan, ang maong mga kabtangan mao ang mga conductor mogiya titanate PbTiO _3, barium titanate BaTiO _3, germanium telluride, salipod, lata telluride SnTe, nga sa ubos nga temperatura adunay ferroelectric kabtangan. Kini nga mga mga materyales nga gigamit sa dili diretso optical, piezoelectric sensor ug handumanan lalang.

Usa ka matang sa mga materyales semiconductor

Dugang pa sa mga materyales semiconductor nga gihisgotan sa ibabaw, adunay daghan nga mga sa uban nga dili mahulog sa ilalum sa usa niini nga mga matang. Compounds sa pormula 1-3-5 elemento ₂ (AgGaS ₂₎ ug 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ sa usa ka chalcopyrite kristal nga gambalay. Contact tetrahedral compounds sosama conductor 3-5 ug 2-6 nga mga grupo sa usa ka zinc blende kristal nga gambalay. Compounds nga maporma elemento semiconductor 5 ug 6 sa mga grupo (susama sa Ingon sa ₂ Se _3), - ang semiconductor diha sa porma sa kristal o bildo. Chalcogenides sa bismuth ug matahum nga mga bulok nga gigamit sa semiconductor thermoelectric generators. Ang kabtangan sa niini nga matang sa semiconductor mao ang hilabihan nga makapaikag, apan wala sila nakaangkon popular tungod sa limitado nga aplikasyon. Apan, ang kamatuoran nga sila anaa, nagpamatuod sa atubangan sa dili pa bug-os-imbestigar sa kapatagan sa semiconductor physics.