Apa itu semikonduktor

Selain konduktor listrik, ada banyak zat di alam yang memiliki konduktivitas listrik jauh lebih rendah daripada konduktor logam. Zat jenis ini disebut semikonduktor.

Semikonduktor meliputi: unsur kimia tertentu seperti selenium, silikon dan germanium, senyawa belerang seperti talium sulfida, kadmium sulfida, perak sulfida, karbida seperti karborundum, karbon (intan), boron, timah, fosfor, antimon, arsenik, telurium, yodium , dan sejumlah senyawa yang mencakup setidaknya salah satu unsur golongan 4-7 sistem Mendeleev. Ada juga semikonduktor organik.

Sifat konduktivitas listrik semikonduktor bergantung pada jenis pengotor yang ada dalam bahan dasar semikonduktor dan pada teknologi pembuatan bagian penyusunnya.

Semikonduktor — zat dengan konduktivitas listrik 10-10 — 104 (ohm x cm)-1 terletak pada properti ini antara konduktor dan isolator.Perbedaan antara konduktor, semikonduktor, dan isolator menurut teori pita adalah sebagai berikut: pada semikonduktor murni dan isolator elektronik terdapat pita energi terlarang antara pita terisi (valensi) dan pita konduksi.

Mengapa semikonduktor menghantarkan arus

Semikonduktor memiliki konduktivitas elektronik jika elektron terluar dalam atom pengotornya relatif lemah terikat pada inti atom tersebut. Jika medan listrik dibuat dalam jenis semikonduktor ini, maka di bawah pengaruh gaya medan ini, elektron terluar dari atom pengotor semikonduktor akan meninggalkan batas atomnya dan menjadi elektron bebas.

Elektron bebas akan menciptakan arus konduksi listrik dalam semikonduktor di bawah pengaruh gaya medan listrik. Oleh karena itu, sifat arus listrik pada semikonduktor penghantar listrik sama dengan sifat pada konduktor logam. Tetapi karena ada beberapa kali lebih sedikit elektron bebas per satuan volume semikonduktor daripada per satuan volume konduktor logam, wajar jika, semua kondisi lainnya sama, arus dalam semikonduktor akan berkali-kali lebih kecil daripada arus dalam logam. konduktor.

Sebuah semikonduktor memiliki konduktivitas "lubang" jika atom pengotornya tidak hanya tidak melepaskan elektron terluarnya, tetapi sebaliknya, cenderung menangkap elektron dari atom zat utama semikonduktor. Jika atom pengotor menghilangkan elektron dari atom zat utama, maka yang terakhir membentuk semacam ruang kosong untuk elektron - sebuah "lubang".

Atom semikonduktor yang kehilangan elektron disebut "lubang elektron" atau hanya "lubang".Jika "lubang" diisi dengan elektron yang ditransfer dari atom tetangga, maka lubang itu dihilangkan dan atom menjadi netral secara elektrik, dan "lubang" berpindah ke atom tetangga yang kehilangan elektron. Oleh karena itu, jika medan listrik diterapkan pada semikonduktor dengan konduksi "lubang", "lubang elektron" akan bergerak ke arah medan ini.

Bias «lubang elektron» ke arah aksi medan listrik mirip dengan pergerakan muatan listrik positif di medan dan karenanya merupakan fenomena arus listrik dalam semikonduktor.

Semikonduktor tidak dapat dibedakan secara ketat menurut mekanisme konduktivitas listriknya, karena bersama dengan konduktivitas "Lubang", semikonduktor ini dapat memiliki konduktivitas elektronik pada tingkat tertentu.

Semikonduktor dicirikan oleh:

• jenis konduktivitas (elektronik - tipe-n, tipe lubang -p);

• perlawanan;

• muatan pembawa seumur hidup (minoritas) atau panjang difusi, tingkat rekombinasi permukaan;

• kerapatan dislokasi.

Lihat juga: Karakteristik arus-tegangan semikonduktor Silikon adalah bahan semikonduktor yang paling umum

Suhu memiliki makhluk yang mempengaruhi karakteristik semikonduktor. Peningkatannya terutama mengarah pada penurunan resistensi dan sebaliknya, mis. semikonduktor dicirikan oleh adanya negatif koefisien suhu resistensi… Mendekati nol mutlak, semikonduktor menjadi isolator.

Banyak perangkat didasarkan pada semikonduktor. Dalam kebanyakan kasus, mereka harus diperoleh dalam bentuk kristal tunggal.Untuk memberikan sifat yang diinginkan, semikonduktor didoping dengan berbagai pengotor. Peningkatan persyaratan dikenakan pada kemurnian bahan semikonduktor awal.

Perangkat semikonduktor

Perlakuan panas semikonduktor

Perlakuan panas semikonduktor — pemanasan dan pendinginan semikonduktor sesuai dengan program tertentu untuk mengubah sifat elektrofisika.

Perubahan: modifikasi kristal, kerapatan dislokasi, konsentrasi kekosongan atau cacat struktural, jenis konduktivitas, konsentrasi, mobilitas, dan masa pakai pembawa muatan. Empat yang terakhir, sebagai tambahan, dapat dikaitkan dengan interaksi pengotor dan cacat struktural atau dengan difusi pengotor dalam sebagian besar kristal.

Pemanasan sampel germanium hingga suhu >550 °C diikuti dengan pendinginan cepat mengakibatkan munculnya akseptor termal pada konsentrasi semakin tinggi suhu. Anil selanjutnya pada suhu yang sama mengembalikan resistansi awal.

Mekanisme yang mungkin dari fenomena ini adalah pelarutan tembaga dalam kisi germanium yang berdifusi dari permukaan atau sebelumnya diendapkan pada dislokasi. Anil lambat menyebabkan tembaga mengendap pada cacat struktural dan keluar dari kisi. Munculnya cacat struktural baru selama pendinginan cepat juga dimungkinkan. Kedua mekanisme tersebut dapat mengurangi masa hidup, yang telah ditetapkan secara eksperimental.

Dalam silikon pada suhu 350 — 500 °, pembentukan donor termal terjadi pada konsentrasi yang lebih tinggi, semakin banyak oksigen yang terlarut dalam silikon selama pertumbuhan kristal. Pada suhu yang lebih tinggi, donor panas dihancurkan.

Pemanasan hingga suhu dalam kisaran 700 — 1300 ° secara tajam mengurangi masa pakai pembawa muatan minoritas (pada > 1000 ° peran yang menentukan dimainkan oleh difusi pengotor dari permukaan). Pemanasan silikon pada 1000-1300 ° memengaruhi penyerapan optik dan hamburan cahaya.

Aplikasi semikonduktor

Dalam teknologi modern, semikonduktor telah menemukan aplikasi terluas; mereka memiliki dampak yang sangat kuat pada kemajuan teknologi. Berkat mereka, berat dan dimensi perangkat elektronik dapat dikurangi secara signifikan. Pengembangan semua bidang elektronik mengarah pada penciptaan dan peningkatan sejumlah besar peralatan beragam berdasarkan perangkat semikonduktor. Perangkat semikonduktor berfungsi sebagai dasar untuk mikrosel, mikromodul, sirkuit keras, dll.

Perangkat elektronik berdasarkan perangkat semikonduktor praktis tidak dapat diganggu gugat. Perangkat semikonduktor yang dibangun dengan hati-hati dan disegel dengan baik dapat bertahan selama puluhan ribu jam. Namun, beberapa bahan semikonduktor memiliki batas suhu yang kecil (misalnya, germanium), tetapi kompensasi suhu yang tidak terlalu sulit atau penggantian bahan dasar perangkat dengan yang lain (misalnya silikon, silikon karbida) sebagian besar menghilangkan kelemahan ini. teknologi pembuatan perangkat semikonduktor menghasilkan pengurangan dispersi dan ketidakstabilan parameter yang masih ada.

Semikonduktor dalam elektronik

Kontak semikonduktor-logam dan pertemuan elektron-lubang (persimpangan n-p) yang dibuat dalam semikonduktor digunakan dalam pembuatan dioda semikonduktor.Sambungan ganda (p-n-p atau n-R-n) — transistor dan thyristor. Perangkat ini terutama digunakan untuk memperbaiki, menghasilkan, dan memperkuat sinyal listrik.

Sifat fotolistrik semikonduktor digunakan untuk membuat fotoresistor, fotodioda, dan fototransistor. Semikonduktor berfungsi sebagai bagian aktif dari osilator (penguat) osilasi laser semikonduktor… Saat arus listrik melewati sambungan pn ke arah depan, pembawa muatan—elektron dan lubang—bergabung kembali dengan pancaran foton, yang digunakan untuk membuat LED.

LED

Sifat termoelektrik semikonduktor memungkinkan untuk membuat resistansi termoelektrik semikonduktor, termokopel semikonduktor, termokopel dan generator termoelektrik dan pendinginan termoelektrik semikonduktor berdasarkan efek Peltier, — lemari es termoelektrik dan termostabilizer.

Semikonduktor digunakan dalam panas mekanis dan konverter energi matahari dalam generator termoelektrik listrik dan konverter fotolistrik (sel surya).

Stres mekanis yang diterapkan pada semikonduktor mengubah hambatan listriknya (efeknya lebih kuat daripada logam), yang merupakan dasar dari pengukur regangan semikonduktor.

Perangkat semikonduktor telah tersebar luas dalam praktik dunia, merevolusi elektronik, mereka berfungsi sebagai dasar untuk pengembangan dan produksi:

• alat ukur, komputer,

• peralatan untuk semua jenis komunikasi dan transportasi,

• untuk otomasi proses industri,

• perangkat penelitian,

• roket,

• peralatan medis

• perangkat dan perangkat elektronik lainnya.

Penggunaan perangkat semikonduktor memungkinkan Anda untuk membuat peralatan baru dan memperbaiki yang lama, yang berarti mengurangi ukuran, berat, konsumsi daya dan, oleh karena itu, mengurangi pembangkitan panas di sirkuit, meningkatkan kekuatan, kesiapan segera untuk bertindak, memberikan Anda memungkinkan Anda meningkatkan masa pakai dan keandalan perangkat elektronik.