Semieroaleen adibideak. Tipoak, propietateak, aplikazio praktikoa

ospetsuena semiconductor silizioa (Si) da. Baina hortik aparte zion, han beste asko daude. Adibideak natural, hala nola material erdieroaleak dira blendari (ZnS), cuprite (Cu ₂ O), galena (PBS) eta beste asko bezala. erdieroaleak Familia, laborategietan prestatu erdieroaleak, besteak beste gizon ezaguna materialen klaseak askotariko bat.

erdieroaleak karakterizazioa

metalak eta bertatik 13 - 104 Taula periodikoaren elementu metalak 79, 25 dira elementu kimiko edukitzeko erdieroaleak propietate eta 12 - dielektrikoak. semiconductor Main Ezaugarri ditu beren eroankortasun nabarmen handitzen tenperatura handituz. tenperatura baxuetan, jokatu dute isolatzaileak bezala, eta handian - eroale gisa. erdieroaleak hauek metal desberdinak dira: metal erresistentzia handitzen proportzionalki tenperatura igo da.

semiconductor metal batetik desberdintasun bat da, semiconductor erresistentzia hori argi eraginpean gutxitzen, berriz, azken hau ere metal ez da aldatuko. Era erdieroaleen eroankortasuna aldatzen denean ezpurutasun kopuru txikiak bat administratzen.

Erdieroaleak kristal egitura ezberdinak dituzten konposatu kimikoak artean aurkitzen dira. Hauek silizio eta selenioa, edo konposatuen bikoitza esaterako galio artseniuroak bezain elementu, hala nola egon daitezke. konposatuen askok organikoa, hala nola polyacetylene gisa, (CH) _n, - erdieroale material. Zenbait erdieroaleak erakusteko magnetikoa (Cd _1-x Mn _x Te) edo propietate ferroelectric (SbSI). nahikoa bihurtu supereroaleen (Gete eta SrTiO ₃₎ Beste _aleazio. aurkitu berri den tenperatura supereroaleen askok erdieroaleak metalikoa fasea. Adibidez, La ₂ CuO ₄ erdieroale bat da, baina Sr aleazio eraketa bihurtzen sverhrovodnikom (La _1-x Sr _{x) 2} CuO _4.

Fisika testu-liburuak emango definizio erdieroale material gisa 10 ⁷ 10 ^-4 den ohms · m erresistibitate elektriko batez. Agian definizio alternatiba. 0 eta 3 eV to - debekatutako semiconductor du banda zabalera. Metalak eta semimetals - zero energia hutsunea, eta substantzia isolatzaileak W eV izeneko gainditzen dituzten material bat. salbuespenak daude. 1,5 eV - Adibidez, semiconductor diamantea zabal debekatuta zona 6 eV bat, erdi-isolatzaileak GaAs ditu. Gan eskualde urdinean Optoelektronikoak gailuak material bat, debekatuta banda 3.5 eV-ko zabalera du.

energia hutsunea

Valence kristal sare batean atomo orbital bi energia-maila taldetan banatuta - free zona bat, maila gorenean dago, eta erdieroaleak eroankortasun elektrikoa, eta balentzia bandaren zehazten, azpian. Maila horiek, kristal sare egitura eta atomo simetria arabera gurutzatzen daiteke edo elkarrengandik bananduta. Azken kasu horretan ez energia hutsune bat, edo bestela esanda, banda debekatutako zonalde bitartekoa da.

kokapena eta betetze-maila da materialaren propietate eroale arabera zehaztuko da. Ezaugarri substantzia hau eroale, isolatzaileak eta erdieroaleak arabera banatzen arabera. debekatutako semiconductor du banda zabalera aldatu egiten 0.01-3 eV, energia dielektriko horren hutsunea 3 eV baino. ondorioz, energia hutsuneak mailak gainjartzea Metalak ez dira.

Erdieroaleak eta isolatzaileak, metalak kontrastea, elektroiak bete dira balentzia-banda eta hurbilen doan eremua edo eroankortasuna banda, Balentzia energia hesituta dago off haustura batetik - elektroiak energia debekatuta zati.

dielektrikoak gain energia termikoa edo hutsaren eremu elektrikoa ez da nahikoa hutsunea honen bidez jauzia egiteko, elektroiak ez daude eroankortasuna banda gaia. ezin da kristal sare zehar mugitzen dira, eta korronte elektrikoaren eramaile bihurtu.

eroankortasun elektriko dinamizatzeko, Balentzia maila elektroi eman behar den energia, eta horrek energia nahikoa hutsunea gainditzeko litzateke. denean bakarrik energia-xurgapena zenbatekoa ez da energia hutsunea balioa baino txikiagoak izango balentzia elektroi eroankortasuna mailan mailara pasatzeko.

Kasu horretan, energia hutsunea zabalera 4 eV gainditzen badu, eroankortasun semiconductor kitzikapen irradiazio edo berogailua ia ezinezkoa da - kitzikapen Fusio tenperatura elektroiak energia nahikoa ez energia hutsunea salto eremuko bidez. berotzen denean, kristala eroankortasun elektroniko lehenago urtzen. Horrelako substantziak sartzea kuartzoa (DE = 5,2 eV), diamantea (DE = 5,1 eV), gatz asko.

Extrinsic eta berezko eroankortasun semiconductor

Sareko semiconductor kristalak dute berezko eroankortasun. Horrelako erdieroaleak izen. Berezko semiconductor zulo eta elektroi askeen kopuru bera dauka. Noiz berotzen erdieroaleak handitzen eroankortasun berezko. etengabeko tenperatura egun, oreka dinamikoa sortzen elektroi-zulo bikoteak kopuru eta elektroi eta zuloak konbinatuz, geratzen diren baldintza horietan etengabeko kopuruaren baldintza bat da.

ezpurutasunak presentzia nabarmen erdieroaleak eroankortasun elektrikoa eragiten du. Horietako gehitzen asko elektroi askeen kopurua handituz zulo kopuru txiki batean eta zulo kopurua handitzea eroankortasuna maila elektroi kopuru txiki batekin. Impurity erdieroaleak - eroale ezpurutasun eroankortasuna izatea.

Ezpurutasun erraz dohaintzan elektroi emaile deitzen dira. Emaileen ezpurutasun atomo, zein oinarri materialaren atomo baino elektroi gehiago edukiko du balentzia-mailak dituzten elementu kimikoen daitezke. a silicon emailearen ezpurutasunak - adibidez, fosforo eta bismuto da.

elektroi baten jauzia eroankortasuna eskualdean behar diren energiak, deritzo aktibazioa energia. Impurity semiconductor behar asko gutxiago base materiala baino. berogailu edo argi apur batekin nagusiki libratuko ezpurutasun erdieroaleak atomo elektroiak. Jarri ezker atomo elektroi zulo bat hartzen. Baina elektroia zulo birkonbinazio ez du ospatuko. emailearen zulo eroankortasun arbuiagarria. Hori ezpurutasun atomo kopuru txiki ez duelako uzten doan elektroi askotan zulo hurbilago eta eduki. Elektroiak zulo batzuk daude, baina ez dira horiek bete ahal direla eta ez da nahikoa energia-maila.

A apur gehigarri emailearen ezpurutasun hainbat aginduak eroankortasuna elektroi kopurua handitzen elektroi aske kopuruaren berezko semiconductor ere alderatuz. Elektroiak hemen - ezpurutasun erdieroaleak karguak atomikoaren eramaile nagusia. Substantzia horiek n-mota erdieroaleak dira.

Ezpurutasunak erdieroale baten elektroi lotu duten, bertan zulo kopurua handituz, hartzailea deitu du. Acceptor ezpurutasunak elektroi kopurua txikiagoa semiconductor oinarrian baino Balentzia mailan dituzten elementu kimikoen dira. Boron, galio, indio - Siliziozko hartzailea ezpurutasun.

Bere kristal-egitura akatsak menpekoak dira semiconductor ezaugarriak. Hau kristalak oso purua hazten beharra eragiten du. semiconductor eroankortasuna parametroak kontrolatu dopants gain. Silicon kristalak fosforo (V azpitalde elementu) dopatutako bertan kristal silicon n-mota sortu nahi emaile bat da. p motako siliziozko administratzen boron hartzailea batekin kristala da. Erdieroaleak konpentsatu Fermi mailan mugitzeko sartu era honetan sortutako banda hutsunea erdikoan.

bakarreko elementu erdieroaleak

semiconductor ohikoena da, jakina, silizioa. Alemanian batera, antzeko kristal egiturak izan erdieroaleak class handi baten prototipoa izan zen.

Kristal egitura Si eta Ge diamantea eta α-lata duten berberak dira. bakoitzaren atomo 4 hurbilen tetrahedron bat osatzen duten atomo inguratu zen. Koordinazio lau aldiz deitu. Kristala tetradricheskoy fidantza altzairuzko elektronikaren industrian oinarri eta jolasteko teknologia modernoaren funtsezko papera. elementu V eta taula periodikoaren talde VI batzuk ere erdieroaleak dira. Fosforo (P), sufre (S), selenioa (Se) eta tellurium (Te) - erdieroaleak mota honen adibide. erdieroaleak hauek atomo hirukoitza (P), disubstituted (S, Se, Te) edo lau bider koordinazioa bat izan daiteke. Ondorioz elementu, hala nola hainbat kristalino egiturak ezberdinak existitzen daiteke, eta, gainera, kristalezko eran prestatuta. Adibidez, Se monoklinikoak eta trigonala kristalezko egiturak edo leiho bat (horrek ere izan daiteke polimero bat jotzen) bezala hazi.

- Diamond eroankortasun termiko bikaina, propietate mekaniko eta optiko bikainak, erresistentzia mekaniko handia du. energia hutsunea zabalera - de = 5,47 eV.

- Silicon - semiconductor eguzki-zelulak, eta amorfoa forma, erabili - a mehe-film eguzki-zeluletan. gehien semiconductor eguzki zelulak erabiltzen du, erraz fabrikatzen da, ezaugarri elektrikoak eta mekanikoak ona dauka. De = 1,12 eV.

- Germanio - semiconductor gamma izpien espektroskopiak, errendimendu handiko eguzki-zelulak erabiltzen. Lehenengo diodoak eta transistoreak erabiltzen da. silizioa baino garbiketa gutxiago behar da. De = 0,67 eV.

- Selenium - semiconductor bat egiten da selenio rectifiers a erradiazio erresistentzia handia eta bera sendatu gaitasuna izatea erabilitako.

Bi elementu, konposatu

Erdieroaleak eratutako taula periodikoaren talde 4 eta elementu 3 propietate antza konposatuen ezaugarri 4. taldeak. 4 elementuak taldeen trantsizioa 3-4 gr konposatuak dira. komunikazio ionikoak karga garraioa atomo batetik elektroi atomo neurri batean, zeren 3 Group 4 Group egiten du. Ionicity erdieroaleen propietate aldatzen. the Coulomb energia eta ion-Ion elkarrekintza energia hutsunea elektroi banda egitura handitzea eragiten du. ADIBIDEA mota honetako konposatu bitar - indium antimonide, InSb, galio artseniuroak GaAs, galio antimonide GaSb, indio phosphide INP, aluminio antimonide AlSb, galio phosphide hutsunea.

Ionicity handitzen eta bere balioa talde gehiago hazten konposatuetan 2-6 konposatu, hala nola, kadmioa selenide, zinka sulfuro, kadmio sulfuroa, kadmioa telluride, zinka selenide gisa. Ondorioz, konposatu gehienek 2-6 talde debekatuta banda zabalagoa 1 eV baino, merkurioa, konposatu ezik. Merkurio Telluride - energia hutsunea erdieroalea, erdi-metal, α-lata bezalakoa gabe.

Erdieroaleak handiagoa energia hutsunea aurkitu laserrak eta erakustaldiak ekoizpenean erabiltzen duten 2-6 taldeak. Binary talde 6 2- konposatua murriztu hutsune energia hargailuak infragorria egokia. talde 1-7 (cuprous bromuroa CuBr, Agi zilarrezko iodide, kobrea kloruroa CuCl) elementu konposatu bitarra dela ionicity altua zabalagoa bandgap W eV. Ez benetan erdieroaleak, eta isolatzaileak egiten dute. Crystal hazkundea energia ainguratzen ondorioz Coulomb interionic elkarrekintza errazten egituratzeko atomo gatza seigarren ordena batera, beharrean quadratic koordinatzeko. Konposatuak 4-6 taldeak - sulfuro, beruna telluride, lata sulfuro - erdieroaleak gisa. Substantzia horietako Ionicity halaber eraketa sixfold koordinazioa sustatzen. Askoz ionicity ez basatia presentzia oso estuak banda hutsune bat dute, egon ahal izango dute erradiazio infragorria jasotzeko erabiltzen da. Gallium nitrurozko - talde konposatu bat 3-5 a energia hutsune zabal batekin, aplika laserrak semiconductor eta espektro zati urdina jarduten argi-igorle diodoak.

- GaAs, galio artseniuroak - eskaria silicon bigarren semiconductor ondoren normalean beste eroale substratu gisa erabiltzen da, adibidez, GaInNAs eta InGaAs egiteko, setodiodah infragorria, maiztasun handiko transistoreak eta zirkuitu, eguzki-zelulak oso eraginkorra, laser diodoak, sendatzea nuklearraren detektagailuak ere. De = 1,43 eV, eta horrek botere gailuak hobetzen aldean silicon bezala. Brittle, ezpurutasun gehiago fabrikatzeko zaila dauzka.

- ZnS, zinka sulfuro - zinc hidrogenoa sulfuroa gatza banda debekatutako guneak eta 3.54 3.91 eV, laserrak eta phosphor gisa erabili gabe.

- SNS, lata sulfuro - semiconductor photoresistors eta photodiodes erabiltzen, De = 1,3 eta 10 eV.

oxidoak

metal oxidoak lehentasunez isolatzaileak bikainak dira, baina badira salbuespenak. oxidoa nikela, kobrea oxidoa, kobaltoa oxidoa, kobre dioxidoa, burdin oxidoa, europio oxidoa, zink oxidoa - erdieroaleak mota honen adibide. kobrea dioxidoa mineral cuprite gisa existitzen geroztik, bere propietate intentsiboa aztertu ziren. semiconductor mota hau lantzeko prozedura oraindik ez da oso argi, beraz, bere erabilera mugatua da oraindik. Salbuespen bat zink oxidoa (ZnO), konposatu talde 2-6, transduktorea gisa eta zinta itsasgarri eta tiritak ekoizpenean erabiltzen da.

Egoera nabarmen aldatu supereroankortasuna kobrea asko konposatu oxigeno aurkitu zuten ondoren. Lehenengo tenperatura altuak supereroale ireki Bednorz eta Muller, zen konposatu erdieroale oinarritutako La ₂ CuO _4, energia 2 eV hutsunea orrian. divalent trivalent Lantanoz, bario edo estrontzio, semiconductor arduratzen zuloak eramaile sartu ordez. beharrezko zulo kontzentrazioa lortzea egiten La _{2 CuO, 4} supereroale. Une honetan, supereroaleak egoera trantsizio tenperatura altuenak partaidea konposatuak HgBaCa ₂ Cu ₃ O _8. Presio altuetan, bere balioa da 134 K.

ZnO, zink oxidoa varistor erabiltzen da, urdin argi-igorle diodoak, gasa sentsore, sentsore biologiko, estaldurak leihoak argi infragorria islatzeko, LCD pantailetan eta eguzki bateriak zuzendari gisa. De = 3.37 eV.

kristalak geruzetan

diiodide beruna, galio selenide eta molibdeno disulphide bezalako konposatuen bikoitza datoz geruzetan kristal-egitura. geruzak dira bonuak kobalenteak indar handia du, van der geruza euren artean Waals bonu baino askoz indartsuagoa. Erdieroaleak esaterako mota interesgarriak dira elektroiak ia-bi dimentsioko geruza jokatu delako. geruza interakzioa da kanpotik atomo sartuz aldatu - intercalation.

Mos _2, MOLYBDENUM DISULFIDE maiztasun handiko detektagailuak, rectifiers, memristor, transistoreak erabiltzen da. De = 1,23 eta 1,8 eV.

erdieroale organiko

naftalenoa, polyacetylene (CH _{2) n,} ANTHRACENE, polydiacetylene, ftalotsianidy, polyvinylcarbazole - konposatu organikoak oinarrituta erdieroaleak adibide. erdieroaleak Organikoa abantaila bat ez-organiko baino gehiago: erraza nahi den kalitatea emango dituela dira. konjokatuak bonoak dituzten substantziak osatzen -C = C-C = edukitzeko funtsezko optiko ez-linealtasun eta, hau dela, aplikatu optoelektronica ere. Gainera, energia-banda hutsune erdieroale organiko formularen konposatu alda aldaketa erdieroaleak konbentzionalak baino askoz errazagoa da. halaber, erdieroaleak - kristalinoak karbono fullereno, grafenoa, nanohodiak hauen alotropoek portaera anitza.

- fullereno itxia konbexua poliedro ugleoroda are atomo kopurua formularioa egitura du. BAT Dopina fullereno C ₆₀ alkali metal batekin eraldatzen du supereroale batean.

- grafito karbono monoatomikoak geruza sortzen da, bi dimentsioko hexagonal sare batean konektatuta dago. Grabatu eroankortasun eta elektroi mugikortasuna, zurruntasuna handia du

- Nanohodiak dira hodi grafito plaka bat hainbat nanometroko diametroa izatea batean bildu. karbono forma hauek nanoelektronika promesa handia dute. bategitearen arabera metalezko edo erdieroale kalitate daitezke.

erdieroaleak magnetikoa

europium eta manganeso ioiak magnetikoekin konposatuak propietate magnetikoak eta erdieroaleak bitxi dute. erdieroaleak mota honen adibide - europio sulfuro, selenide europio eta konponbideak ona, hala nola Cd _1-x Mn _x Te. ioiak magnetiko edukia eragiten bai substantzia erakusteko, hala nola ferromagnetism eta antiferromagnetism ezaugarri magnetikoak. Semimagnetic erdieroaleak - gogor bat magnetiko erdieroaleak bertan kontzentrazio txikiko ioiak magnetikoa eduki irtenbide bat da. Horrelako konponbideak solidoa zure perspectiva eta aplikazio posibleen potentzial handia arreta erakartzeko. Adibidez, erdieroaleak ez-magnetiko kontrastea, milioi bat aldiz handiagoa Faraday biraketa iritsi ahal izango dute.

Strong magnetooptical erdieroaleak magnetikoen ondorioak euren modulazio optiko erabilera baimendu. Perovskitak, Mn _0,7 Ca _0,3 O _{3 bezala,} bere propietate metal-erdieroale trantsizioa, eta horrek eremu magnetikoaren emaitzak erraldoi Magneto-erresistentzia fenomenoa ere menpekotasuna zuzeneko superior. Dute irratia, gailu optikoa, diren eremu magnetikoarekin bat mikrouhin waveguide gailu kontrolatua erabiltzen.

semiconductor ferroelectrics

mota kristalak Hau da, beren une elektrikoan presentzia eta agerraldia espontaneoa polarizazio-ezaugarri. Adibidez, propietate esaterako dira erdieroaleak eramango titanate PbTiO _3, bario titanate BaTiO _3, germanioa telluride, Gete, lata telluride SnTe, eta horrek tenperatura baxuetan ferroelectric propietate. Material horiek optikoa, sentsore piezoelektrikoak lineala eta memoria-gailuak erabiltzen.

Material erdieroale hainbat

Goian aipatu material erdieroaleen gain, beste asko ez duten mota horietako bat pean erori dira. formula konposatuak 1-3-5 elementuen ₂ (AgGaS ₂₎ eta 2-4-5 ₂ (ZnSiP ₂₎ osatzen chalcopyrite kristal-egitura bat. Jarri harremanetan tetraedikoak konposatuen antzeko erdieroaleak 3-5 eta 2-6 talde zinc blendari kristal egitura batekin. kristal edo beira formularioa semiconductor du - semiconductor elementu 5 eta 6 talde ₍₂ bezala Se _{3 antzekoak),} osatzen duten konposatuak. Bismuto eta antimonio of Anfigenoak semiconductor termoelektrikoa sorgailu erabiltzen. semiconductor mota honen propietate oso interesgarria da, baina ez dute ospea irabazi ondorioz, aplikazio mugatuak. Hala ere, Izan ere, halakorik duten, oraindik erabat ikertu fisika erdieroale eremuan presentzia baieztatzen.