반도체란?

전기 전도체와 함께 자연계에는 금속 전도체보다 전기 전도도가 현저히 낮은 물질이 많이 있습니다. 이러한 유형의 물질을 반도체라고 합니다.

반도체에는 다음이 포함됩니다. , 및 Mendeleev 시스템의 4-7 그룹의 요소 중 적어도 하나를 포함하는 숫자 화합물. 유기 반도체도 있습니다.

반도체의 전기 전도도 특성은 반도체 기본 물질에 존재하는 불순물의 종류와 구성 부품의 제조 기술에 따라 달라집니다.

반도체 — 물질 전기 전도성 10-10 — 104(ohm x cm)-1 도체와 절연체 사이의 이러한 속성에 의해 위치합니다.밴드 이론에 따른 전도체, 반도체 및 절연체의 차이점은 다음과 같습니다. 순수 반도체 및 전자 절연체에서는 채워진(가자) 밴드와 전도 밴드 사이에 금지된 에너지 밴드가 있습니다.

반도체가 전류를 전도하는 이유

불순물 원자의 외부 전자가 해당 원자의 핵에 상대적으로 약하게 결합되어 있으면 반도체는 전자 전도성을 갖습니다. 이러한 유형의 반도체에 전계가 생성되면이 전계의 영향으로 반도체 불순물 원자의 외부 전자가 원자의 경계를 벗어나 자유 전자가됩니다.

자유 전자는 전계력의 영향으로 반도체에 전기 전도 전류를 생성합니다. 따라서 전기 전도성 반도체에서 전류의 특성은 금속 전도체에서와 동일합니다. 그러나 금속 전도체의 단위 부피보다 반도체의 단위 부피당 자유 전자가 몇 배 더 적기 때문에 다른 모든 조건이 동일할 때 반도체의 전류는 금속 전도체보다 몇 배 더 작을 것입니다. 지휘자.

불순물의 원자가 외부 전자를 포기하지 않을 뿐만 아니라 반대로 반도체의 주요 물질 원자의 전자를 포획하는 경향이 있는 경우 반도체는 "정공" 전도도를 갖습니다. 불순물 원자가 주 물질의 원자에서 전자를 빼앗는 경우 후자에는 전자를위한 일종의 여유 공간 인 "정공"이 형성됩니다.

전자를 잃은 반도체 원자를 "전자 정공" 또는 단순히 "정공"이라고 합니다."정공"은 이웃한 원자에서 옮겨온 전자로 채워지면 제거되고 원자는 전기적으로 중성이 되고 "정공"은 전자를 잃은 이웃 원자로 이동합니다. 따라서 «홀» 전도가 있는 반도체에 전기장이 가해지면 «전자 홀»이 이 필드 방향으로 이동합니다.

전기장의 작용 방향에서 «전자 정공»의 바이어스는 필드에서 양전하의 이동과 유사하므로 반도체의 전류 현상입니다.

반도체는 "정공" 전도성과 함께 어느 정도 전자 전도성을 가질 수 있기 때문에 전기 전도성 메커니즘에 따라 엄격하게 구별할 수 없습니다.

반도체는 다음과 같은 특징이 있습니다.

• 전도성 유형(전자 - n형, 홀 -p -형);

• 저항;

• 전하 캐리어 수명(소수) 또는 확산 길이, 표면 재결합률;

• 전위 밀도.

또한보십시오: 반도체의 전류-전압 특성 실리콘은 가장 일반적인 반도체 재료입니다.

온도에는 반도체의 특성에 영향을 미치는 존재가 있습니다. 그것의 증가는 주로 저항의 감소로 이어지고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 반도체는 음의 존재를 특징으로합니다. 저항의 온도 계수… 절대 영도에 가까워지면 반도체는 절연체가 됩니다.

많은 장치가 반도체를 기반으로 합니다. 대부분의 경우 단결정 형태로 얻어야 ​​합니다.원하는 특성을 부여하기 위해 반도체는 다양한 불순물로 도핑됩니다. 시작 반도체 재료의 순도에 대한 요구 사항이 증가합니다.

반도체 장치

반도체 열처리

반도체 열처리 — 전기물리적 특성을 변경하기 위해 주어진 프로그램에 따라 반도체를 가열 및 냉각합니다.

변경 사항: 결정 수정, 전위 밀도, 공극 또는 구조적 결함의 집중, 전도도 유형, 농도, 이동성 및 전하 운반체의 수명. 추가로 마지막 4개는 불순물과 구조적 결함의 상호 작용 또는 대부분의 결정에서 불순물의 확산과 관련될 수 있습니다.

게르마늄 샘플을 >550°C의 온도로 가열한 후 급속 냉각하면 온도가 높을수록 농도가 높은 열 수용체가 나타납니다. 동일한 온도에서 후속 어닐링은 초기 저항을 복원합니다.

이 현상의 가능한 메커니즘은 표면에서 확산되거나 이전에 전위에 증착된 게르마늄 격자에서 구리의 용해입니다. 느린 어닐링은 구리가 구조적 결함에 증착되어 격자를 빠져나가게 합니다. 급속 냉각 중에 새로운 구조적 결함이 나타날 수도 있습니다. 두 메커니즘 모두 실험적으로 확립된 수명을 단축할 수 있습니다.

350 ~ 500 °의 온도에서 실리콘에서 열 도너의 형성은 농도가 높을수록 결정 성장 중에 실리콘에 더 많은 산소가 용해됩니다. 더 높은 온도에서는 열 기증자가 파괴됩니다.

700 ~ 1300 ° 범위의 온도로 가열하면 소수 전하 캐리어의 수명이 급격히 감소합니다(> 1000 °에서 결정적인 역할은 표면의 불순물 확산에 의해 수행됨). 1000-1300 °에서 실리콘을 가열하면 빛의 광 흡수 및 산란에 영향을 미칩니다.

반도체의 응용

현대 기술에서 반도체는 가장 광범위한 응용 분야를 찾았습니다. 그들은 기술 진보에 매우 강한 영향을 미쳤습니다. 덕분에 전자 장치의 무게와 크기를 크게 줄일 수 있습니다. 전자공학의 모든 분야의 발전은 반도체 소자를 기반으로 하는 수많은 다양한 장비의 탄생과 개량으로 이어집니다. 반도체 장치는 마이크로 셀, 마이크로 모듈, 하드 회로 등의 기반이 됩니다.

반도체 장치를 기반으로 하는 전자 장치는 실질적으로 관성이 없습니다. 세심하게 구성되고 잘 밀봉된 반도체 장치는 수만 시간 동안 지속될 수 있습니다. 그러나 일부 반도체 재료는 온도 제한이 적지만(예: 게르마늄) 온도 보상이 그리 어렵지 않거나 장치의 기본 재료를 다른 재료(예: 실리콘, 실리콘 카바이드)로 교체하면 이러한 단점이 크게 제거됩니다. 반도체 장치 제조 기술의 발전은 여전히 ​​존재하는 파라미터 분산 및 불안정성을 감소시킵니다.

전자제품의 반도체

반도체에서 생성된 반도체-금속 접촉 및 전자-정공 접합(n-p 접합)은 반도체 다이오드 제조에 사용됩니다.이중 접합(p-n-p 또는 n-R-n) — 트랜지스터 및 사이리스터. 이러한 장치는 주로 전기 신호를 정류, 생성 및 증폭하는 데 사용됩니다.

반도체의 광전 특성은 포토레지스터, 포토다이오드 및 포토트랜지스터를 만드는 데 사용됩니다. 반도체는 진동의 발진기(증폭기)의 활성 부분 역할을 합니다. 반도체 레이저… 전류가 순방향으로 pn 접합을 통과하면 전자와 정공과 같은 전하 캐리어가 LED를 생성하는 데 사용되는 광자의 방출과 재결합합니다.

LED

반도체의 열전 특성으로 인해 반도체 열전 저항, 반도체 열전대, 열전대 및 열전 발전기, Peltier 효과를 기반으로 한 반도체의 열전 냉각, 즉 열전 냉장고 및 열 안정기가 가능해졌습니다.

반도체는 열전 발전기 및 광전 변환기(태양 전지)와 같은 전기의 기계적 열 및 태양 에너지 변환기에 사용됩니다.

반도체에 가해지는 기계적 응력은 반도체 스트레인 게이지의 기초가 되는 전기 저항을 변화시킵니다(그 영향은 금속보다 강함).

반도체 장치는 세계 관행에 널리 보급되어 전자 제품을 혁신하고 다음의 개발 및 생산을 위한 기반 역할을 합니다.

• 측정 장비, 컴퓨터,

• 모든 유형의 통신 및 운송을 위한 장비,

• 산업 공정 자동화를 위한

• 연구 장치,

• 로켓,

• 의료 장비

• 다른 전자 장치 및 장치.

반도체 장치를 사용하면 새로운 장비를 만들고 기존 장비를 개선할 수 있습니다. 즉, 크기, 무게, 전력 소비를 줄여 회로의 열 발생을 줄이고 강도를 높이고 즉각적인 행동 준비를 할 수 있습니다. 전자 장치의 수명과 신뢰성을 높일 수 있습니다.