poluvodiči

Fizički

2022

Objašnjavamo što je električni poluvodič, njegove vrste, primjenu i primjere. Osim toga, vodljivi i izolacijski materijali.

Najviše korišteni poluvodič je silicij.

Što je poluvodič?

Poluvodiči su materijali koji mogu djelovati kao električni vodiči ili kao električni izolatori, ovisno o fizičkim uvjetima u kojima se nalaze. Ova stanja obično uključuju temperatura i Pritisak, incidenciju zračenja ili intenzitete električno polje ili magnetsko polje kojima je materijal podvrgnut.

Poluvodiči se sastoje od kemijski elementi vrlo raznolike među sobom, koje zapravo potječu iz drugih regija Periodni sustav elemenata, ali dijele određene kemijske osobine (općenito su četverovalentne), koje im daju posebna električna svojstva. Trenutno je najrasprostranjeniji poluvodič silicij (Si), osobito u industriji elektronika i od računalstvo.

Uz izolacijske materijale, poluvodiče je 1727. otkrio engleski fizičar i prirodoslovac Stephen Gray (1666.-1736.), no zakone koji opisuju njihovo ponašanje i svojstva opisao je mnogo kasnije, 1821., poznati njemački fizičar Georg Simon. Ohm (1789-1854).

Poluvodičke aplikacije

Poluvodiči su posebno korisni u elektroničkoj industriji, budući da omogućuju vožnju i modulaciju električna struja prema potrebnim obrascima. Iz tog razloga, uobičajeno je da su navikli na:

  • Tranzistori
  • Integrirani krugovi
  • Električne diode
  • Optički senzori
  • Solid state laseri
  • Modulatori električnog pogona (poput električnog gitarskog pojačala)

Vrste poluvodiča

Poluvodiči mogu biti dvije različite vrste, ovisno o njihovoj reakciji na fizičko okruženje u kojem se nalaze:

Intrinzični poluvodiči

Sastoje se od jedne vrste atoma, uređen u molekule tetraedarski (tj. četiri atoma s valencijom 4) i njihovi atomi spojeni kovalentne veze.

Ova kemijska konfiguracija sprječava pokret slobodan od elektrona oko molekule, osim povećanja temperature: tada elektroni preuzimaju dio Energija na raspolaganju i “skočiti”, ostavljajući slobodan prostor koji se prevodi kao pozitivan naboj, koji će zauzvrat privući nove elektrone. Taj se proces naziva rekombinacija, a količina od toplina potrebna za to ovisi o kemijskom elementu u pitanju.

Ekstrinzički poluvodiči

Ovi materijali dopuštaju proces dopinga, odnosno dopuštaju da se neka vrsta nečistoća uključi u njihovu atomsku konfiguraciju. Ovisno o tim nečistoćama, koje mogu biti petovalentne ili trovalentne, poluvodički materijali se dijele na dva:

  • Ekstrinzički poluvodiči N-tipa (donori). U ovim vrstama materijala, elektroni brojčano nadmašuju rupe ili nositelje slobodnog naboja ("prostori" pozitivnog naboja). Kada se na materijal primijeni razlika potencijala, slobodni elektroni pomiču se lijevo od materijala, a rupe zatim udesno. Kada rupe dođu do krajnje desne strane, elektroni iz vanjskog kruga ulaze u poluvodič i dolazi do prijenosa električne struje.
  • Ekstrinzički poluvodiči tipa P (akceptori). U tim materijalima dodana nečistoća, umjesto da povećava raspoložive elektrone, povećava rupe. Dakle, govorimo o dodanom akceptorskom materijalu, budući da postoji veća potražnja za elektronima od raspoloživosti i svaki slobodni “prostor” gdje bi elektron trebao ići služi kako bi se olakšao prolaz struje.

Primjeri poluvodičkih materijala

Poluvodiči služe kao modulatori električnog prijenosa.

Najčešći i najčešće korišteni poluvodiči u industrija su:

  • silicij (Si)
  • Germanij (Ge), često u legure silicij
  • Galijev arsenid (GaAs)
  • Sumpor
  • Kisik
  • kadmij
  • Selen
  • Indijanac
  • Ostali kemijski materijali koji nastaju kombinacijom elemenata iz skupine 12 i 13 periodnog sustava, s elementima iz skupina 16, odnosno 15.

Vodljivi materijali

Za razliku od poluvodiča, čija svojstva električne vodljivosti variraju, vodljivi materijali su uvijek spremni za prijenos struja, zbog elektronske konfiguracije njegovih atoma. Ova vodljivost može fluktuirati i na nju u određenoj mjeri utječe fizičko stanje okoliša od električna vodljivost nije apsolutno.

Primjeri vodljivih materijala su velika većina metali (željezo, živa, bakar, aluminij itd.) i Voda.

Izolacijski materijali

Konačno, izolacijski materijali su oni koji su otporni na provođenje električne energije, odnosno koji sprječavaju prolaz elektrona i oni su stoga korisni da se zaštite od struje, da je spriječe da teče slobodno ili od kratkog spoja. Izolatori također ne izoliraju sto posto učinkovito, imaju granicu (probojni napon) iznad koje je energija toliko intenzivna da ne mogu održavati svoje stanje kao izolatori i stoga prenose električnu struju, barem u određenom stupnju.

Primjeri izolacijskih materijala su plastične, keramika, staklo, drvo i papir.

!-- GDPR -->