On semiconductor: Intelligent Power and Sensing Technologies

• Новые процессоры Intel Ice Lake повышают производительность и безопасность

• Поставки ПК в США растут, несмотря на нехватку чипов

• Нехватка микросхем приводит к росту цен на ПК и времени ожидания

• ЦП и микропроцессор: в чем разница?

• 4 тенденции, стимулирующие эволюцию сетевого оборудования

управление мобильными устройствами

для управления мобильными устройствами (MDM) позволяет ИТ-администраторам контролировать, защищать и применять политики на смартфонах, планшетах и ​​других конечных устройствах.

Сеть

• коаксиальный кабель

  Коаксиальный кабель представляет собой тип медного кабеля, специально изготовленного с металлическим экраном и другими компонентами, предназначенными для блокирования сигнала . ..

• мегагерц (МГц)

  Мегагерц (МГц) — это множитель, равный одному миллиону герц (106 Гц). Герц — стандартная единица измерения частоты в …

• Стандарты беспроводной связи IEEE 802

  IEEE 802 — это набор сетевых стандартов, охватывающих спецификации физического уровня и уровня канала передачи данных для таких технологий, как…

Безопасность

• SOAR (организация безопасности, автоматизация и реагирование)

  Управление безопасностью, автоматизация и реагирование, или SOAR, представляет собой набор совместимых программ, который позволяет организации…

• цифровая подпись

  Цифровая подпись — это математический метод, используемый для проверки подлинности и целостности сообщения, программного обеспечения или цифрового…

• судо (су ‘делать’)

  Sudo — это утилита командной строки для Unix и операционных систем на базе Unix, таких как Linux и macOS.

ИТ-директор

• хорошие навыки

  Твердые навыки — это определенные способности, способности и наборы навыков, которыми человек может обладать и демонстрировать взвешенно.

• управление корпоративными проектами (EPM)

  Управление корпоративными проектами (EPM) представляет собой профессиональные практики, процессы и инструменты, используемые для управления несколькими …

• Управление портфелем проектов: руководство для начинающих

  Управление портфелем проектов — это формальный подход, используемый организациями для выявления, определения приоритетов, координации и мониторинга проектов …

HRSoftware

• пассивный кандидат

  Пассивный кандидат (пассивный кандидат на работу) — это любой работник, который не ищет работу активно.

• проверка сотрудников

  Проверка сотрудников — это процесс проверки, проводимый работодателями для проверки биографических данных и проверки информации о новом. ..

• Эффект хоторна

  Эффект Хоторна — это изменение поведения участников исследования в ответ на их знание о том, что они …

Служба поддержки клиентов

• квалифицированный маркетолог лид (MQL)

  Квалифицированный маркетолог (MQL) — это посетитель веб-сайта, уровень вовлеченности которого указывает на то, что он может стать клиентом.

• автоматизация маркетинга

  Автоматизация маркетинга — это тип программного обеспечения, которое позволяет компаниям эффективно ориентироваться на клиентов с помощью автоматизированного маркетинга …

• успех клиента

  Успех клиента — это стратегия, направленная на то, чтобы продукция компании соответствовала потребностям клиента.

Полупроводник | Определение, примеры, типы, использование, материалы, устройства и факты

проводимости

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:

Дункан Холдейн Уолтер Х. Браттейн Ив-Андре Рокар

Похожие темы:

кремний германий лавинный эффект Эффект Ганна p-n переход

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

полупроводник , любой класс кристаллических твердых тел, промежуточный по электропроводности между проводником и изолятором. Полупроводники используются в производстве различных электронных устройств, в том числе диодов, транзисторов и интегральных схем. Такие устройства нашли широкое применение благодаря своей компактности, надежности, энергоэффективности и дешевизне. В качестве дискретных компонентов они нашли применение в силовых устройствах, оптических датчиках и излучателях света, включая твердотельные лазеры. Они обладают широким диапазоном возможностей управления током и напряжением и, что более важно, поддаются интеграции в сложные, но легко изготавливаемые микроэлектронные схемы. Они являются и будут в обозримом будущем ключевыми элементами для большинства электронных систем, обслуживающих приложения связи, обработки сигналов, вычислений и управления как на потребительском, так и на промышленном рынках.

Полупроводниковые материалы

Твердотельные материалы обычно подразделяются на три класса: изоляторы, полупроводники и проводники. (При низких температурах некоторые проводники, полупроводники и изоляторы могут стать сверхпроводниками.) На рисунке показаны проводимости σ (и соответствующие удельные сопротивления ρ = 1/σ), связанные с некоторыми важными материалами в каждом из трех классов. Изоляторы, такие как плавленый кварц и стекло, имеют очень низкую проводимость, порядка 10 9от 0256 −18 до 10 ⁻¹⁰ сименс на сантиметр; и проводники, такие как алюминий, имеют высокую проводимость, обычно от 10 ⁴ до 10 ⁶ сименс на сантиметр. Электропроводность полупроводников находится между этими крайними значениями и обычно чувствительна к температуре, освещению, магнитным полям и незначительному количеству примесных атомов. Например, добавление около 10 атомов бора (известного как легирующая примесь) на миллион атомов кремния может увеличить его электропроводность в тысячу раз (частично объясняя широкий разброс, показанный на предыдущем рисунке).

Изучение полупроводниковых материалов началось в начале 19 века. Элементарные полупроводники состоят из атомов одного вида, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодической таблицы. Однако существует множество составных полупроводников, состоящих из двух или более элементов. Арсенид галлия (GaAs), например, представляет собой бинарное соединение III-V, представляющее собой комбинацию галлия (Ga) из столбца III и мышьяка (As) из столбца V. Тройные соединения могут быть образованы элементами из трех разных столбцов: например, теллурид ртути и индия (HgIn ₂ Te ₄ ), соединение II-III-VI. Они также могут быть образованы элементами из двух столбцов, такими как арсенид алюминия-галлия (Al _x Ga _{1 – x} As), который представляет собой тройное соединение III-V, где и Al, и Ga происходят из столбец III и нижний индекс х относятся к составу двух элементов от 100 процентов алюминия ( х = 1) до 100 процентов галлия ( х = 0). Чистый кремний является наиболее важным материалом для приложений интегральных схем, а бинарные и тройные соединения III-V наиболее важны для излучения света.

До изобретения биполярного транзистора в 1947 году полупроводники использовались только в качестве двухвыводных устройств, таких как выпрямители и фотодиоды. В начале 1950-х германий был основным полупроводниковым материалом. Однако он оказался непригодным для многих применений, поскольку устройства, изготовленные из этого материала, демонстрировали высокие токи утечки лишь при умеренно повышенных температурах. С начала 1960-х годов кремний стал наиболее широко используемым полупроводником, практически вытеснив германий в качестве материала для изготовления устройств. Этому есть две основные причины: (1) кремниевые устройства имеют гораздо меньшие токи утечки и (2) диоксид кремния (SiO ₂ ), представляющий собой высококачественный изолятор, легко встраивается в состав устройства на основе кремния. Таким образом, кремниевая технология стала очень продвинутой и широко распространенной: кремниевые устройства составляют более 95 процентов всех полупроводниковых продуктов, продаваемых во всем мире.

Викторина «Британника»

Строительные блоки предметов повседневного обихода

Многие составные полупроводники обладают некоторыми специфическими электрическими и оптическими свойствами, которые превосходят их аналоги из кремния. Эти полупроводники, особенно арсенид галлия, используются в основном для оптоэлектроники и некоторых радиочастотных (РЧ) приложений.

Электронные свойства

Описанные здесь полупроводниковые материалы представляют собой монокристаллы; т. е. атомы расположены трехмерным периодическим образом. Часть A рисунка показывает упрощенное двумерное представление собственного (чистого) кристалла кремния, который содержит незначительные примеси. Каждый атом кремния в кристалле окружен четырьмя ближайшими соседями. Каждый атом имеет четыре электрона на своей внешней орбите и делит эти электроны со своими четырьмя соседями. Каждая общая электронная пара образует ковалентную связь. Сила притяжения между электронами и обоими ядрами удерживает два атома вместе. Для изолированных атомов (например, в газе, а не в кристалле) электроны могут иметь только дискретные энергетические уровни. Однако, когда большое количество атомов объединяется в кристалл, взаимодействие между атомами приводит к тому, что дискретные энергетические уровни распределяются по энергетическим зонам. При отсутствии тепловых колебаний (т. е. при низкой температуре) электроны в изоляторе или полупроводниковом кристалле полностью заполняют ряд энергетических зон, оставляя остальные энергетические зоны пустыми. Самая высокая заполненная зона называется валентной зоной. Следующей зоной является зона проводимости, которая отделена от валентной зоны энергетической щелью (в кристаллических диэлектриках щель гораздо больше, чем в полупроводниках). Эта энергетическая щель, также называемая запрещенной зоной, представляет собой область, обозначающую энергии, которыми не могут обладать электроны в кристалле. Большинство важных полупроводников имеют ширину запрещенной зоны в диапазоне от 0,25 до 2,5 электрон-вольт (эВ). Ширина запрещенной зоны кремния, например, составляет 1,12 эВ, а арсенида галлия — 1,42 эВ. Напротив, ширина запрещенной зоны алмаза, хорошего кристаллического изолятора, составляет 5,5 эВ.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

При низких температурах электроны в полупроводнике связаны в соответствующих зонах в кристалле; следовательно, они недоступны для электропроводности. При более высоких температурах тепловая вибрация может разорвать некоторые ковалентные связи с образованием свободных электронов, которые могут участвовать в проводимости тока. Когда электрон удаляется от ковалентной связи, с этой связью связана электронная вакансия. Эта вакансия может быть заполнена соседним электроном, что приводит к смещению положения вакансии с одной позиции кристалла на другую. Эту вакансию можно рассматривать как фиктивную частицу, называемую «дыркой», которая несет положительный заряд и движется в направлении, противоположном направлению движения электрона. Когда к полупроводнику прикладывается электрическое поле, как свободные электроны (теперь находящиеся в зоне проводимости), так и дырки (оставленные в валентной зоне) движутся через кристалл, создавая электрический ток. Электропроводность материала зависит от количества свободных электронов и дырок (носителей заряда) в единице объема и от скорости движения этих носителей под действием электрического поля. В собственном полупроводнике существует равное количество свободных электронов и дырок. Однако электроны и дырки обладают разной подвижностью; то есть они движутся с разными скоростями в электрическом поле. Например, для собственного кремния при комнатной температуре подвижность электронов составляет 1500 квадратных сантиметров в вольт-секунду (см ² /В·с), т. е. электрон будет двигаться со скоростью 1500 сантиметров в секунду под действием электрического поля в один вольт на сантиметр, – а подвижность дырки 500 см ² /В·с. Подвижности электронов и дырок в конкретном полупроводнике обычно уменьшаются с повышением температуры.

Электрическая проводимость собственных полупроводников при комнатной температуре очень плохая. Чтобы добиться более высокой проводимости, можно намеренно ввести примеси (обычно до концентрации одна часть на миллион атомов-хозяев). Это называется легированием — процессом, который увеличивает проводимость, несмотря на некоторую потерю подвижности. Например, если атом кремния заменить атомом с пятью внешними электронами, например, мышьяком ( см. часть В рисунка), четыре электрона образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый электрон становится электроном проводимости, отдаваемым зоне проводимости. Кремний становится полупроводником типа n из-за добавления электрона. Атом мышьяка является донором. Точно так же часть C рисунка показывает, что если атом с тремя внешними электронами, такой как бор, заменить атомом кремния, дополнительный электрон принимается для образования четырех ковалентных связей вокруг атома бора, а положительно заряженная дырка создается в валентной зоне.