ឧបករណ៍ Semiconductor ដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិមួយចំនួនដែលធ្វើឱ្យការប្រើប្រាស់របស់វាពេញចិត្តចំពោះឧបករណ៍បូមធូលី ត្រូវបានគេប្រើកាន់តែខ្លាំងឡើងនៅក្នុងបច្ចេកវិជ្ជាអេឡិចត្រូនិក។ ក្នុងរយៈពេលប៉ុន្មានឆ្នាំចុងក្រោយនេះ កំណត់លក្ខណៈដោយវឌ្ឍនភាពនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិក ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដែលផ្អែកលើគោលការណ៍រូបវន្តថ្មីត្រូវបានបង្កើតឡើង។
សារធាតុ semiconductors រួមមានធាតុគីមីជាច្រើនដូចជា ស៊ីលីកុន ហ្ស៊ឺម៉ាញ៉ូម ឥណ្ឌូម ផូស្វ័រ ជាដើម អុកស៊ីដភាគច្រើន ស៊ុលហ្វីត សេលេនីត និងតេលូរីត យ៉ាន់ស្ព័រមួយចំនួន និងសារធាតុរ៉ែមួយចំនួន។ យោងទៅតាមអ្នកសិក្សា A.F. Ioffe " semiconductors ស្ទើរតែជាពិភពអសរីរាង្គទាំងមូលនៅជុំវិញយើង" ។
សារធាតុ semiconductors គឺគ្រីស្តាល់ អាម៉ូហ្វ និងរាវ។ នៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យា semiconductor ជាធម្មតាប្រើតែគ្រីស្តាល់ semiconductor (គ្រីស្តាល់តែមួយដែលមានភាពមិនបរិសុទ្ធនៃអាតូមមិនបរិសុទ្ធលើសពីមួយក្នុង 1010 អាតូមនៃសារធាតុសំខាន់)។ ជាធម្មតា សារធាតុ semiconductors រួមបញ្ចូលសារធាតុដែលនៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃចរន្តអគ្គិសនីកាន់កាប់ទីតាំងមធ្យមរវាងលោហៈ និង dielectrics (ហេតុនេះប្រភពដើមនៃឈ្មោះរបស់ពួកគេ) ។ នៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ ចរន្តអគ្គិសនីជាក់លាក់របស់ពួកគេមានចាប់ពី 10-8 ទៅ 105 S/m (សម្រាប់លោហធាតុ - 106-108 S/m សម្រាប់ dielectrics - 10-8-10-13 S/m) ។ លក្ខណៈសំខាន់នៃ semiconductors គឺការកើនឡើងនៃចរន្តអគ្គិសនីជាមួយនឹងការកើនឡើងសីតុណ្ហភាព (សម្រាប់លោហធាតុវាធ្លាក់) ។ ចរន្តអគ្គិសនីនៃសារធាតុ semiconductors ពឹងផ្អែកយ៉ាងសំខាន់ទៅលើឥទ្ធិពលខាងក្រៅ៖ កំដៅ ការ irradiation វាលអគ្គិសនី និងម៉ាញេទិក សម្ពាធ ការបង្កើនល្បឿន ក៏ដូចជាខ្លឹមសារនៃចំនួនមិនបរិសុទ្ធសូម្បីតែតិចតួច។ លក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ semiconductors ត្រូវបានពន្យល់យ៉ាងល្អដោយប្រើទ្រឹស្តីក្រុមនៃសារធាតុរឹង។
អាតូមនៃសារធាតុទាំងអស់មានស្នូល និងអេឡិចត្រុងដែលផ្លាស់ទីក្នុងគន្លងបិទជិតជុំវិញស្នូល។ អេឡិចត្រុងនៅក្នុងអាតូមមួយត្រូវបានដាក់ជាក្រុមទៅជាសែល។ ឧបករណ៍ semiconductors សំខាន់ៗដែលប្រើដើម្បីបង្កើតឧបករណ៍ semiconductor - silicon និង germanium - មានបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់ tetrahedral (មានរូបរាងពីរ៉ាមីតរាងត្រីកោណធម្មតា) (រូបភាព 16.1) ។ ការព្យាករណ៍នៃរចនាសម្ព័ន្ធ Ge លើយន្តហោះត្រូវបានបង្ហាញនៅក្នុងរូបភព។ ១៦.២. អេឡិចត្រុង valence នីមួយៗ ពោលគឺ អេឡិចត្រុងដែលមានទីតាំងនៅខាងក្រៅ សែលនៃអាតូម នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ មិនត្រឹមតែជាកម្មសិទ្ធិរបស់វាប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែក៏ជាស្នូលនៃអាតូមជិតខាងផងដែរ។ អាតូមទាំងអស់នៅក្នុងបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់មានទីតាំងនៅចម្ងាយដូចគ្នាពីគ្នាទៅវិញទៅមក ហើយត្រូវបានតភ្ជាប់ដោយចំណង covalent (ចំណងរវាងគូនៃ valence អេឡិចត្រុងនៃអាតូមពីរត្រូវបានគេហៅថា covalent វាត្រូវបានបង្ហាញក្នុងរូបភាព 16.2 ដោយបន្ទាត់ពីរ) ។ ការតភ្ជាប់ទាំងនេះគឺខ្លាំង; ដើម្បីបំបែកពួកវា អ្នកត្រូវប្រើថាមពលពីខាងក្រៅ។
ថាមពលអេឡិចត្រុង W គឺដាច់ពីគ្នា ឬកំណត់ជាបរិមាណ ដូច្នេះអេឡិចត្រុងអាចផ្លាស់ទីបានតែក្នុងគន្លងដែលត្រូវនឹងថាមពលរបស់វាប៉ុណ្ណោះ។ តម្លៃដែលអាចធ្វើបាននៃថាមពលអេឡិចត្រុងអាចត្រូវបានតំណាងនៅលើដ្យាក្រាមដោយកម្រិតថាមពល (រូបភាព 16.3) ។ គន្លងកាន់តែឆ្ងាយគឺចេញពីស្នូល ថាមពលរបស់អេឡិចត្រុងកាន់តែច្រើន និងកម្រិតថាមពលរបស់វាកាន់តែខ្ពស់។ កម្រិតថាមពលត្រូវបានបំបែកដោយតំបន់ II ដែលត្រូវគ្នាទៅនឹងថាមពលហាមឃាត់សម្រាប់អេឡិចត្រុង (តំបន់ហាមឃាត់)។ ដោយសារអាតូមជិតខាងនៅក្នុងអង្គធាតុរឹងគឺនៅជិតគ្នាទៅវិញទៅមក នេះបណ្តាលឱ្យមានការផ្លាស់ប្តូរ និងការបំបែកកម្រិតថាមពល ដែលបណ្តាលឱ្យមានការបង្កើតក្រុមថាមពលដែលហៅថាក្រុមដែលអនុញ្ញាត (I, III, IV នៅក្នុងរូបភាព 16.3) ។ ទទឹងនៃក្រុមតន្រ្តីដែលត្រូវបានអនុញ្ញាតជាធម្មតាគឺវ៉ុលអេឡិចត្រុងជាច្រើន។ នៅក្នុងក្រុមថាមពល ចំនួននៃកម្រិតអនុញ្ញាតគឺស្មើនឹងចំនួនអាតូមនៅក្នុងគ្រីស្តាល់។ តំបន់ដែលអនុញ្ញាតនីមួយៗកាន់កាប់តំបន់ថាមពលជាក់លាក់មួយ ហើយត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយកម្រិតថាមពលអប្បបរមា និងអតិបរមា ដែលត្រូវបានគេហៅថាបាត និងពិដាននៃតំបន់រៀងៗខ្លួន។
តំបន់ដែលត្រូវបានអនុញ្ញាតដែលមិនមានអេឡិចត្រុងត្រូវបានគេហៅថាឥតគិតថ្លៃ (I) ។ តំបន់ទំនេរដែលមិនមានអេឡិចត្រុងនៅសីតុណ្ហភាព 0 K ប៉ុន្តែនៅសីតុណ្ហភាពខ្ពស់ដែលពួកគេអាចមានវត្តមានត្រូវបានគេហៅថាក្រុម conduction ។
វាមានទីតាំងនៅខាងលើ valence band (III) - ផ្នែកខាងលើនៃក្រុមដែលបំពេញដែលកម្រិតថាមពលទាំងអស់ត្រូវបានកាន់កាប់ដោយអេឡិចត្រុងនៅសីតុណ្ហភាព 0 K ។
នៅក្នុងទ្រឹស្តីក្រុម ការបែងចែកសារធាតុរឹងទៅជាលោហធាតុ សារធាតុ semiconductors និងអ៊ីសូឡង់គឺផ្អែកលើគម្លាតរវាងក្រុម valence និង conduction bands និងកម្រិតនៃការបំពេញនៃក្រុមថាមពលដែលបានអនុញ្ញាត (រូបភាព 16.4) ។ គម្លាតក្រុម ΔWa ត្រូវបានគេហៅថាថាមពលធ្វើឱ្យសកម្មនៃចរន្តអគ្គិសនីខាងក្នុង។ សម្រាប់លោហៈΔWa = 0 (រូបភាព 16.4, a); conventionally, នៅ ΔWa ≤ 2 eV គ្រីស្តាល់គឺជា semiconductor (Fig ។ 16.4,6) នៅ ΔWa ≥ 2 eV វាគឺជា dielectric (រូបភាព 16.4, គ) ។ ដោយសារតម្លៃនៃ ΔWa នៅក្នុង semiconductors មានទំហំតូច វាគ្រប់គ្រាន់ក្នុងការចែកចាយថាមពលដែលប្រៀបធៀបទៅនឹងថាមពលនៃចលនាកម្ដៅទៅអេឡិចត្រុង ដូច្នេះវាផ្លាស់ទីពីក្រុម valence ទៅក្រុម conduction ។ នេះពន្យល់ពីភាពប្លែកនៃ semiconductors - ការកើនឡើងនៃចរន្តអគ្គិសនីជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាព។
ចរន្តអគ្គិសនីនៃ semiconductors ។ ចរន្តអគ្គិសនីខាងក្នុង។ ដើម្បីឱ្យសារធាតុមានចរន្តអគ្គិសនី វាត្រូវតែមានឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកឥតគិតថ្លៃ។ ឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកបែបនេះនៅក្នុងលោហៈគឺអេឡិចត្រុង។ Semiconductors មានអេឡិចត្រុង និងរន្ធ។
ចូរយើងពិចារណាអំពីចរន្តអគ្គិសនីនៃសារធាតុ semiconductors ខាងក្នុង (i-type) ពោលគឺ សារធាតុដែលមិនមានសារធាតុមិនបរិសុទ្ធ និងមិនមានពិការភាពរចនាសម្ព័ន្ធនៅក្នុងបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់ (កន្លែងទទេ ការផ្លាស់ប្តូរបន្ទះឈើ។ល។) នៅសីតុណ្ហភាព 0 K នៅទីនោះ។ មិនមានក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនគិតថ្លៃដោយឥតគិតថ្លៃនៅក្នុង semiconductor បែបនេះទេ។ ទោះបីជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាព (ឬឥទ្ធិពលដ៏ខ្លាំងក្លាផ្សេងទៀត ដូចជាពន្លឺ) ចំណងកូវ៉ាលេនមួយចំនួនអាចខូច ហើយអេឡិចត្រុង valence ក្លាយជាសេរី អាចផ្លាស់ទីឆ្ងាយពីអាតូមរបស់វា (រូបភាព 16.5)។ ការបាត់បង់អេឡិចត្រុង ប្រែអាតូមទៅជាអ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមាន។ នៅក្នុងចំណង នៅកន្លែងដែលអេឡិចត្រុងធ្លាប់មាន ចន្លោះទំនេរ ("ទំនេរ") លេចឡើង - រន្ធមួយ។ បន្ទុកនៃរន្ធមួយគឺវិជ្ជមាន ហើយនៅក្នុងតម្លៃដាច់ខាតគឺស្មើនឹងបន្ទុកនៃអេឡិចត្រុង។
ចន្លោះទំនេរ - រន្ធមួយ - អាចត្រូវបានបំពេញដោយ valence electron នៃអាតូមជិតខាង ដែលរន្ធថ្មីត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងចំណង covalent ។ល។ វាគួរតែត្រូវបានចងចាំក្នុងចិត្តថានៅក្នុងបន្ទះគ្រីស្តាល់អាតូមត្រូវបាន "ជួសជុលយ៉ាងតឹងរឹង" នៅថ្នាំង។ ការចាកចេញរបស់អេឡិចត្រុងពីអាតូមនាំទៅរកអ៊ីយ៉ូដ ហើយចលនាបន្តបន្ទាប់នៃរន្ធមានន័យថា អ៊ីយ៉ូដជំនួសនៃអាតូម "ស្ថានី" ។ ប្រសិនបើមិនមានវាលអគ្គីសនីទេ ចរន្តអេឡិចត្រុងឆ្លងកាត់ចលនាកម្ដៅដ៏ច្របូកច្របល់។ ប្រសិនបើ semiconductor ត្រូវបានដាក់នៅក្នុងវាលអគ្គិសនីខាងក្រៅ នោះអេឡិចត្រុង និងរន្ធដែលបន្តចូលរួមក្នុងចលនាកម្ដៅដ៏ច្របូកច្របល់នឹងចាប់ផ្តើមផ្លាស់ទី (រសាត់) ក្រោមឥទ្ធិពលនៃវាលដែលនឹងបង្កើតចរន្តអគ្គិសនី។ ក្នុងករណីនេះ អេឡិចត្រុងផ្លាស់ទីប្រឆាំងនឹងទិសដៅនៃវាលអគ្គិសនី ហើយរន្ធដូចជាបន្ទុកវិជ្ជមានផ្លាស់ទីក្នុងទិសដៅនៃវាល។ ចរន្តអគ្គិសនីនៃសារធាតុ semiconductor ដែលបណ្តាលមកពីការរំខាននៃចំណង covalent ត្រូវបានគេហៅថា ចរន្តអគ្គិសនីខាងក្នុង។
ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ semiconductors ក៏អាចត្រូវបានពន្យល់ដោយប្រើទ្រឹស្តីក្រុម។ អនុលោមតាមវា កម្រិតថាមពលទាំងអស់នៃក្រុម valence នៅសីតុណ្ហភាព 0 K ត្រូវបានកាន់កាប់ដោយអេឡិចត្រុង។ ប្រសិនបើអេឡិចត្រុងត្រូវបានផ្តល់ថាមពលពីខាងក្រៅដែលលើសពីថាមពលសកម្ម ΔWa នោះ អេឡិចត្រុង valence មួយចំនួននឹងផ្លាស់ទីទៅក្រុម conduction ដែលពួកវានឹងក្លាយទៅជាសេរី ឬ អេឡិចត្រុង conduction ។ ដោយសារតែការចាកចេញនៃអេឡិចត្រុងពីក្រុម valence រន្ធត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងវាចំនួនដែលតាមធម្មជាតិគឺស្មើនឹងចំនួនអេឡិចត្រុងដែលបានចាកចេញ។ រន្ធអាចត្រូវបានកាន់កាប់ដោយអេឡិចត្រុងដែលថាមពលរបស់វាត្រូវគ្នាទៅនឹងថាមពលនៃកម្រិត valence band ។ ជាលទ្ធផលនៅក្នុងក្រុម valence ចលនានៃអេឡិចត្រុងបណ្តាលឱ្យរន្ធផ្លាស់ទីក្នុងទិសដៅផ្ទុយ។ ទោះបីជាអេឡិចត្រុងផ្លាស់ទីជុំវិញនៅក្នុងក្រុមវ៉ាឡង់ក៏ដោយ ជាធម្មតាវាងាយស្រួលជាងក្នុងការពិចារណាចលនានៃរន្ធ។
ដំណើរការនៃការបង្កើតគូរន្ធអេឡិចត្រុង conduction ត្រូវបានគេហៅថាការបង្កើតឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកមួយគូ (1 ក្នុងរូបភាព 16.6) ។ យើងអាចនិយាយបានថា ចរន្តអគ្គិសនីខាងក្នុងរបស់ semiconductor គឺជាចរន្តអគ្គិសនីដែលបណ្តាលមកពីការបង្កើតគូរន្ធ conduction electron-conduction។ លទ្ធផលគូរន្ធអេឡិចត្រុងអាចរលាយបាត់ ប្រសិនបើរន្ធត្រូវបានបំពេញដោយអេឡិចត្រុង៖ អេឡិចត្រុងនឹងមិនទំនេរ និងបាត់បង់សមត្ថភាពក្នុងការផ្លាស់ទី ហើយបន្ទុកវិជ្ជមានលើសនៃអ៊ីយ៉ុងអាតូមនឹងត្រូវបានបន្សាប។ ក្នុងករណីនេះទាំងរន្ធនិងអេឡិចត្រុងបាត់ក្នុងពេលដំណាលគ្នា។ ដំណើរការនៃការបង្រួបបង្រួមអេឡិចត្រុងនិងរន្ធមួយត្រូវបានគេហៅថា recombination (2 នៅក្នុងរូបភាព 16.6) ។ ការផ្សំឡើងវិញដោយអនុលោមតាមទ្រឹស្ដីក្រុមតន្រ្តីអាចត្រូវបានចាត់ទុកថាជាការផ្លាស់ប្តូរនៃអេឡិចត្រុងពីក្រុម conduction ទៅកន្លែងទំនេរនៅក្នុងក្រុម valence ។ ចំណាំថាការផ្លាស់ប្តូរនៃអេឡិចត្រុងពីកម្រិតថាមពលខ្ពស់ទៅមួយទាបត្រូវបានអមដោយការបញ្ចេញថាមពលដែលត្រូវបានបញ្ចេញក្នុងទម្រង់នៃពន្លឺ quanta (photons) ឬផ្ទេរទៅបន្ទះគ្រីស្តាល់ក្នុងទម្រង់នៃការរំញ័រកម្ដៅ (phonons ) អាយុកាលជាមធ្យមនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនបន្ទុកមួយគូត្រូវបានគេហៅថា អាយុកាលសេវាកម្ម។ ចម្ងាយជាមធ្យមដែលក្រុមហ៊ុនផ្ទុកបន្ទុកធ្វើដំណើរក្នុងកំឡុងអាយុកាលរបស់វាត្រូវបានគេហៅថា ប្រវែងនៃការសាយភាយនៃក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនបន្ទុក (Lр, - សម្រាប់រន្ធ, Ln - សម្រាប់អេឡិចត្រុង)។
នៅសីតុណ្ហភាពថេរ (ហើយអវត្ដមាននៃឥទ្ធិពលខាងក្រៅផ្សេងទៀត) គ្រីស្តាល់ស្ថិតក្នុងស្ថានភាពលំនឹង៖ ចំនួនគូដែលបានបង្កើតនៃអ្នកផ្ទុកបន្ទុកគឺស្មើនឹងចំនួនគូដែលបានផ្សំឡើងវិញ។ ចំនួនឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកក្នុងមួយឯកតា ពោលគឺកំហាប់របស់វា កំណត់តម្លៃនៃចរន្តអគ្គិសនីជាក់លាក់។ សម្រាប់ semiconductor ខាងក្នុង កំហាប់អេឡិចត្រុង ni គឺស្មើនឹងកំហាប់រន្ធ pi (ni = pi) ។
ភាពមិនបរិសុទ្ធនៃចរន្តអគ្គិសនី។ ប្រសិនបើភាពមិនបរិសុទ្ធត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង semiconductor នោះ វាក៏នឹងមានភាពមិនបរិសុទ្ធបន្ថែមពីលើចរន្តអគ្គិសនីរបស់វាផងដែរ។ ភាពមិនបរិសុទ្ធនៃចរន្តអគ្គិសនីអាចជាអេឡិចត្រូនិចឬរន្ធ។ ជាឧទាហរណ៍ សូមពិចារណាករណីនៅពេលដែលភាពមិនបរិសុទ្ធនៃធាតុ pentavalent ឧទាហរណ៍អាសេនិចត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង germanium សុទ្ធ (ធាតុ tetravalent) (រូបភាព 16.7, ក) ។ អាតូមអាសេនិចត្រូវបានភ្ជាប់នៅក្នុងបន្ទះគ្រីស្តាល់ germanium ដោយចំណង covalent ។ ប៉ុន្តែមានតែអេឡិចត្រុង valence 4 នៃអាសេនិចអាចចូលរួមក្នុងចំណង ហើយអេឡិចត្រុងទី 5 ប្រែទៅជា "បន្ថែម" ដែលមិនសូវជាប់នឹងអាតូមអាសេនិច។ ដើម្បីហែកអេឡិចត្រុងនេះចេញពីអាតូម ថាមពលតិចជាងច្រើនគឺត្រូវការជាចាំបាច់ ដូច្នេះហើយនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់ វាអាចក្លាយជាអេឡិចត្រុង conduction ដោយមិនបន្សល់ទុករន្ធនៅក្នុងចំណង covalent។ ដូច្នេះ អ៊ីយ៉ុងមិនបរិសុទ្ធដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមានលេចឡើងនៅកន្លែងមួយនៃបន្ទះគ្រីស្តាល់ ហើយអេឡិចត្រុងសេរីលេចឡើងនៅក្នុងគ្រីស្តាល់។ ភាពមិនបរិសុទ្ធដែលអាតូមបរិច្ចាគអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃត្រូវបានគេហៅថាអ្នកបរិច្ចាគ។
នៅក្នុងរូបភព។ រូបភាពទី 16.7b បង្ហាញពីដ្យាក្រាមខ្សែថាមពលនៃ semiconductor ជាមួយនឹងភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ម្ចាស់ជំនួយ។ នៅក្នុងគម្លាតនៃក្រុមតន្រ្តីនៅជិតផ្នែកខាងក្រោមនៃក្រុម conduction កម្រិតថាមពលដែលអាចអនុញ្ញាតបាន (ភាពមិនបរិសុទ្ធអ្នកផ្តល់ជំនួយ) ត្រូវបានបង្កើតឡើងដែលអេឡិចត្រុង "បន្ថែម" មានទីតាំងនៅសីតុណ្ហភាពជិត 0 K ។ ដើម្បីផ្ទេរអេឡិចត្រុងពីកម្រិតមិនបរិសុទ្ធទៅក្រុម conduction ត្រូវការថាមពលតិចជាងការផ្ទេរអេឡិចត្រុងពី valence band ។ ចម្ងាយពីកម្រិតម្ចាស់ជំនួយទៅបាតនៃក្រុម conduction ត្រូវបានគេហៅថាថាមពល ionization (ធ្វើឱ្យសកម្ម) នៃម្ចាស់ជំនួយ ΔWand ។
ការណែនាំនៃភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ម្ចាស់ជំនួយទៅក្នុង semiconductor យ៉ាងសំខាន់បង្កើនកំហាប់នៃអេឡិចត្រុងសេរី ខណៈពេលដែលកំហាប់រន្ធនៅដដែលដូចនៅក្នុង semiconductor ដើម។ នៅក្នុង semiconductor ដែលមិនបរិសុទ្ធបែបនេះ ចរន្តអគ្គិសនីគឺបណ្តាលមកពីអេឡិចត្រុង វាត្រូវបានគេហៅថាអេឡិចត្រូនិច ហើយ semiconductors ត្រូវបានគេហៅថា n-type semiconductors ។ អេឡិចត្រុងនៅក្នុងប្រភេទ n-type semiconductors គឺជាអ្នកផ្ទុកបន្ទុកភាគច្រើន (កំហាប់របស់វាខ្ពស់) ហើយរន្ធគឺជាអ្នកផ្ទុកភាគតិច។
ប្រសិនបើភាពមិនបរិសុទ្ធនៃធាតុ trivalent (ឧទាហរណ៍ indium) ត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង germanium នោះអេឡិចត្រុងមួយគឺមិនគ្រប់គ្រាន់សម្រាប់ indium ដើម្បីបង្កើតជាចំណង 8-electron covalent bond ជាមួយ germanium។ ការតភ្ជាប់មួយនឹងនៅទទេ។ ជាមួយនឹងការកើនឡើងបន្តិចនៃសីតុណ្ហភាព អេឡិចត្រុងពីអាតូម germanium ជិតខាងអាចផ្លាស់ទីទៅក្នុងចំណង unfilled valence ដោយទុករន្ធមួយនៅកន្លែងរបស់វា (រូបភាព 16.8, a) ដែលអាចត្រូវបានបំពេញដោយអេឡិចត្រុង។ល។ រន្ធហាក់ដូចជាផ្លាស់ទីនៅក្នុង semiconductor ។ អាតូមមិនបរិសុទ្ធប្រែទៅជាអ៊ីយ៉ុងអវិជ្ជមាន។ ភាពមិនបរិសុទ្ធដែលអាតូមនៅពេលរំភើប មានសមត្ថភាពទទួលយក valence អេឡិចត្រុងពីអាតូមជិតខាង បង្កើតរន្ធនៅក្នុងពួកវា ត្រូវបានគេហៅថាអ្នកទទួល ឬអ្នកទទួល។
នៅក្នុងរូបភព។ រូបភាពទី 16.8b បង្ហាញដ្យាក្រាមនៃក្រុមថាមពលនៃ semiconductor ជាមួយនឹង impurity ដែលអាចទទួលយកបាន។ កម្រិតថាមពលមិនបរិសុទ្ធ (អ្នកទទួល) ត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងគម្លាតក្រុមនៅជិតកំពូលនៃក្រុម valence ។ នៅសីតុណ្ហភាពជិត 0 K កម្រិតនេះគឺឥតគិតថ្លៃជាមួយនឹងការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាព វាអាចត្រូវបានកាន់កាប់ដោយអេឡិចត្រុងនៅក្នុងក្រុម valence ដែលក្នុងនោះរន្ធមួយត្រូវបានបង្កើតឡើងបន្ទាប់ពីអេឡិចត្រុងទុក។ ចម្ងាយពីកំពូលនៃក្រុម valence ទៅកម្រិតអ្នកទទួលយកត្រូវបានគេហៅថាថាមពលអ៊ីយ៉ូដ (ធ្វើឱ្យសកម្ម) នៃអ្នកទទួលΔWа។ ការណែនាំនៃភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ឧបករណ៍ទទួលយកទៅក្នុងសារធាតុ semiconductor យ៉ាងសំខាន់បង្កើនកំហាប់រន្ធ ខណៈពេលដែលកំហាប់អេឡិចត្រុងនៅតែដូចគ្នានឹងវានៅក្នុង semiconductor ដើម។ នៅក្នុង semiconductor ដែលមិនបរិសុទ្ធនេះ ចរន្តអគ្គិសនីគឺបណ្តាលមកពីរន្ធ វាត្រូវបានគេហៅថា hole conductivity ហើយ semiconductors ត្រូវបានគេហៅថា p-type semiconductors ។ សម្រាប់ប្រភេទ p-type semiconductor រន្ធគឺជាអ្នកផ្ទុកបន្ទុកភាគច្រើន ហើយអេឡិចត្រុងគឺជាអ្នកផ្ទុកបន្ទុកតូចតាច។
នៅក្នុង impurity semiconductors រួមជាមួយនឹង impurity electro conductivity ក៏មាន intrinsic conductivity ផងដែរ ដោយសារតែវត្តមានរបស់ carrier ភាគតិច។ ការប្រមូលផ្តុំនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគតិចនៅក្នុង semiconductor ដែលមិនបរិសុទ្ធមានការថយចុះច្រើនដងនៅពេលដែលការប្រមូលផ្តុំនៃក្រុមហ៊ុនបញ្ជូនភាគច្រើនកើនឡើង ដូច្នេះសម្រាប់ n-type semiconductors ទំនាក់ទំនង nnpn = nipi = ni2 = pi2 គឺត្រឹមត្រូវ ហើយសម្រាប់ p-type semiconductors ទំនាក់ទំនងគឺ ppnp = ni2 = pi2 ដែល nn និង pn គឺជាកំហាប់នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន ហើយ pp និង np គឺជាការប្រមូលផ្តុំនៃអ្នកផ្ទុកបន្ទុកភាគតិច រៀងគ្នានៅក្នុង n- និង p-type semiconductor ។
ចរន្តអគ្គិសនីជាក់លាក់នៃ semiconductor ដែលមិនបរិសុទ្ធត្រូវបានកំណត់ដោយកំហាប់នៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនភាគច្រើន និងខ្ពស់ជាងការផ្តោតអារម្មណ៍របស់ពួកគេ។ នៅក្នុងការអនុវត្ត ជារឿយៗមានករណីមួយនៅពេលដែល semiconductor មានទាំងភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ម្ចាស់ជំនួយ និងអ្នកទទួល។ បន្ទាប់មកប្រភេទនៃចរន្តអគ្គិសនីនឹងត្រូវបានកំណត់ដោយភាពមិនបរិសុទ្ធដែលកំហាប់ខ្ពស់ជាង។ semiconductor ដែលកំហាប់នៃ Nd donors និងអ្នកទទួល Na គឺស្មើគ្នា (Nd = Na)) ត្រូវបានគេហៅថា compensated ។
ប្រភេទផ្សេងៗនៃ semiconductors បានរីករាលដាលនៅក្នុងឧស្សាហកម្ម និងថាមពលមីក្រូអេឡិចត្រូនិច។ ដោយមានជំនួយរបស់ពួកគេ ថាមពលមួយអាចបំប្លែងទៅជាថាមពលមួយទៀត បើគ្មានពួកវា ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចជាច្រើននឹងមិនដំណើរការជាធម្មតាទេ។ មានចំនួនច្រើននៃប្រភេទនៃធាតុទាំងនេះ អាស្រ័យលើគោលការណ៍នៃប្រតិបត្តិការ គោលបំណង សម្ភារៈ និងលក្ខណៈពិសេសនៃការរចនារបស់វា។ ដើម្បីយល់ពីរបៀបនៃសកម្មភាពរបស់ semiconductors វាចាំបាច់ត្រូវដឹងពីលក្ខណៈសម្បត្តិរូបវន្តមូលដ្ឋានរបស់វា។
លក្ខណៈសម្បត្តិនិងលក្ខណៈនៃ semiconductors
លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីជាមូលដ្ឋាននៃ semiconductors អនុញ្ញាតឱ្យពួកគេត្រូវបានចាត់ទុកថាជាឈើឆ្កាងរវាង conductors ស្តង់ដារ និងសម្ភារៈដែលមិនដំណើរការអគ្គិសនី។ ក្រុម semiconductor រួមបញ្ចូលសារធាតុខុសគ្នាខ្លាំងជាងចំនួនសរុប។
សារធាតុ semiconductors ផលិតពីស៊ីលីកុន germanium សេលេញ៉ូម និងវត្ថុធាតុផ្សេងទៀតត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងអេឡិចត្រូនិច។ លក្ខណៈសំខាន់របស់ពួកគេត្រូវបានចាត់ទុកថាជាការពឹងផ្អែកខ្លាំងលើឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាព។ នៅសីតុណ្ហភាពទាបបំផុត ដែលអាចប្រៀបធៀបទៅនឹងសូន្យដាច់ខាត សារធាតុ semiconductors ទទួលបានលក្ខណៈសម្បត្តិនៃអ៊ីសូឡង់ ហើយនៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើង ភាពធន់នឹងថយចុះ ខណៈពេលដែលចរន្តរបស់វាកើនឡើង។ លក្ខណៈសម្បត្តិនៃវត្ថុធាតុទាំងនេះក៏អាចផ្លាស់ប្តូរនៅក្រោមឥទ្ធិពលនៃពន្លឺ នៅពេលដែលការកើនឡើងគួរឱ្យកត់សម្គាល់នៃ photoconductivity កើតឡើង។
សារធាតុ semiconductors បំប្លែងថាមពលពន្លឺទៅជាអគ្គិសនី មិនដូច conductors ដែលមិនមានទ្រព្យសម្បត្តិនេះទេ។ លើសពីនេះ ការបញ្ចូលអាតូមនៃធាតុមួយចំនួនចូលទៅក្នុង semiconductor រួមចំណែកដល់ការកើនឡើងនៃចរន្តអគ្គិសនី។ លក្ខណៈសម្បត្តិជាក់លាក់ទាំងអស់នេះអនុញ្ញាតឱ្យប្រើប្រាស់សម្ភារៈ semiconductor ក្នុងវិស័យផ្សេងៗនៃអេឡិចត្រូនិច និងវិស្វកម្មអគ្គិសនី។
ប្រភេទនិងកម្មវិធីនៃ semiconductors
ដោយសារតែគុណភាពរបស់វា គ្រប់ប្រភេទនៃ semiconductors ត្រូវបានបែងចែកទៅជាក្រុមសំខាន់ៗមួយចំនួន។
ឌីយ៉ូត. ពួកវារួមបញ្ចូលគ្រីស្តាល់ពីរដែលធ្វើពីសារធាតុ semiconductors ដែលមានចរន្តខុសគ្នា។ ការផ្លាស់ប្តូររន្ធអេឡិចត្រុងត្រូវបានបង្កើតឡើងរវាងពួកវា។ ពួកវាត្រូវបានផលិតក្នុងការរចនាផ្សេងៗគ្នា ភាគច្រើនជាចំណុច និងប្រភេទផ្ទះល្វែង។ នៅក្នុងកោសិកា planar គ្រីស្តាល់ germanium ត្រូវបានផ្សំជាមួយ indium ។ ចំណុចឌីយ៉ូតមានគ្រីស្តាល់ស៊ីលីកុន និងម្ជុលដែក។
ត្រង់ស៊ីស្ទ័រ. ពួកវាមានសារធាតុ semiconductor គ្រីស្តាល់បី។ គ្រីស្តាល់ពីរមាន conductivity ដូចគ្នា ហើយទីបី conductivity មានតម្លៃផ្ទុយគ្នា។ ពួកគេត្រូវបានគេហៅថាអ្នកប្រមូល, មូលដ្ឋាននិង emitter ។ នៅក្នុងអេឡិចត្រូនិក ពង្រីកសញ្ញាអគ្គិសនី។
thyristors. ពួកវាជាធាតុបំប្លែងអគ្គិសនី។ ពួកវាមានប្រសព្វរន្ធអេឡិចត្រុងចំនួនបីដែលមានលក្ខណៈសម្បត្តិច្រកទ្វារ។ លក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ពួកគេអនុញ្ញាតឱ្យ thyristors ត្រូវបានគេប្រើយ៉ាងទូលំទូលាយនៅក្នុងស្វ័យប្រវត្តិកម្ម កុំព្យូទ័រ និងឧបករណ៍បញ្ជា។
តើ semiconductor ខុសគ្នាពីអ៊ីសូឡង់ និង conductors យ៉ាងដូចម្តេច?
រួមជាមួយនឹង conductors នៃចរន្តអគ្គិសនី មានសារធាតុជាច្រើននៅក្នុងធម្មជាតិដែលមានចរន្តអគ្គិសនីទាបជាង conductors លោហៈ។ សារធាតុនៃប្រភេទនេះត្រូវបានគេហៅថា semiconductors ។
សារធាតុ semiconductors រួមមានៈ ធាតុគីមីមួយចំនួនដូចជា សេលេញ៉ូម ស៊ីលីកុន និងហ្រ្គេនញ៉ូម សមាសធាតុស្ពាន់ធ័រ ដូចជា thallium sulfide, cadmium sulfide, silver sulfide, carbides ដូចជា carborundum ។កាបូន (ពេជ្រ),boron, សំណប៉ាហាំងពណ៌ប្រផេះ, ផូស្វ័រ, antimony, អាសេនិច, tellurium, iodine និងសមាសធាតុមួយចំនួនដែលរួមបញ្ចូលយ៉ាងហោចណាស់ធាតុមួយនៃក្រុមទី 4 - ទី 7 នៃប្រព័ន្ធតាមកាលកំណត់។ វាក៏មានសារធាតុ semiconductors សរីរាង្គផងដែរ។
លក្ខណៈនៃចរន្តអគ្គិសនីរបស់ semiconductor អាស្រ័យទៅលើប្រភេទនៃភាពមិនបរិសុទ្ធដែលមាននៅក្នុងសម្ភារៈមូលដ្ឋាននៃ semiconductor និងលើបច្ចេកវិទ្យាផលិតនៃសមាសធាតុរបស់វា។
សារធាតុ semiconductor គឺជាសារធាតុដែលមាន 10 -10 - 10 4 (ohm x cm) -1 ដែលយោងទៅតាមលក្ខណៈសម្បត្តិទាំងនេះស្ថិតនៅចន្លោះ conductor និង insulator ។ ភាពខុសគ្នារវាង conductors, semiconductors និង insulators យោងទៅតាមទ្រឹស្ដីក្រុមមានដូចខាងក្រោម: នៅក្នុង semiconductors សុទ្ធ និង electronic insulators មានគម្លាតថាមពលរវាង band band (valence) និង conduction band ។
ហេតុអ្វីបានជា semiconductors ធ្វើចរន្ត?
សារធាតុ semiconductor មានចរន្តអេឡិចត្រូនិច ប្រសិនបើអេឡិចត្រុងខាងក្រៅនៅក្នុងអាតូមមិនបរិសុទ្ធរបស់វាមានទំនាក់ទំនងខ្សោយទៅនឹងស្នូលនៃអាតូមទាំងនេះ។ ប្រសិនបើវាលអគ្គិសនីត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុង semiconductor នៃប្រភេទនេះ នោះនៅក្រោមឥទ្ធិពលនៃកម្លាំងនៃវាលនេះ អេឡិចត្រុងខាងក្រៅនៃអាតូមមិនបរិសុទ្ធនៃ semiconductor នឹងចាកចេញពីការបង្ខាំងនៃអាតូមរបស់ពួកគេ ហើយប្រែទៅជាអេឡិចត្រុងសេរី។
អេឡិចត្រុងសេរីនឹងបង្កើតចរន្តចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុង semiconductor ក្រោមឥទ្ធិពលនៃកម្លាំងវាលអគ្គិសនី។ អាស្រ័យហេតុនេះ លក្ខណៈនៃចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុង semiconductors ដែលមានចរន្តអេឡិចត្រូនិចគឺដូចគ្នាទៅនឹង conductors ដែកដែរ។ ប៉ុន្តែដោយសារមានអេឡិចត្រុងសេរីតិចជាងច្រើនដងក្នុងបរិមាណឯកតានៃ semiconductor ជាងបរិមាណឯកតានៃ conductor ដែក វាជាធម្មជាតិដែលនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌដូចគ្នាទាំងអស់ ចរន្តនៅក្នុង semiconductor នឹងមានច្រើនដងតិចជាងនៅក្នុង ចំហាយដែក។
សារធាតុ semiconductor មាន "រន្ធ" conductivity ប្រសិនបើអាតូមមិនបរិសុទ្ធរបស់វាមិនត្រឹមតែមិនបោះបង់ចោលអេឡិចត្រុងខាងក្រៅរបស់វាទេ ប៉ុន្តែផ្ទុយទៅវិញ មានទំនោរចាប់យកអេឡិចត្រុងពីអាតូមនៃសារធាតុសំខាន់នៃ semiconductor ។ ប្រសិនបើអាតូមមិនបរិសុទ្ធយកអេឡិចត្រុងពីអាតូមនៃសារធាតុសំខាន់ នោះនៅពេលក្រោយ អ្វីមួយដូចជាកន្លែងទំនេរសម្រាប់អេឡិចត្រុងត្រូវបានបង្កើតឡើង - "រន្ធ" ។
អាតូម semiconductor ដែលបាត់បង់អេឡិចត្រុងត្រូវបានគេហៅថា "រន្ធអេឡិចត្រុង" ឬសាមញ្ញ "រន្ធ" ។ ប្រសិនបើ "រន្ធ" ត្រូវបានបំពេញដោយអេឡិចត្រុងដែលបានផ្ទេរពីអាតូមជិតខាងនោះ វាត្រូវបានលុបចោល ហើយអាតូមក្លាយជាអព្យាក្រឹតអគ្គិសនី ហើយ "រន្ធ" ត្រូវបានផ្លាស់ទៅអាតូមជិតខាងដែលបាត់បង់អេឡិចត្រុង។ ហេតុដូច្នេះហើយ ប្រសិនបើ semiconductor ដែលមាន conductivity "hole" ត្រូវបានប៉ះពាល់នឹងវាលអគ្គិសនី នោះ "electron holes" នឹងផ្លាស់ប្តូរទិសដៅនៃវាលនេះ។
លំអៀង "រន្ធអេឡិចត្រុង" ក្នុងទិសដៅនៃវាលអគ្គិសនីគឺស្រដៀងគ្នាទៅនឹងចលនានៃបន្ទុកអគ្គិសនីវិជ្ជមាននៅក្នុងវាលហើយដូច្នេះតំណាងឱ្យបាតុភូតនៃចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុង semiconductor មួយ។
Semiconductors មិនអាចត្រូវបានសម្គាល់យ៉ាងតឹងរ៉ឹងដោយយន្តការនៃចរន្តអគ្គិសនីរបស់ពួកគេទេចាប់តាំងពីរួមជាមួយជាមួយនឹង conductivity "រន្ធ" semiconductor ដែលបានផ្តល់ឱ្យអាចមានដល់មួយដឺក្រេឬមួយផ្សេងទៀតក៏មានចរន្តអេឡិចត្រូនិចផងដែរ។
Semiconductors ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយ៖
ប្រភេទនៃចរន្ត (អេឡិចត្រូនិច - n-type, រន្ធ - p-type);
ធន់ទ្រាំ;
អាយុកាលនៃក្រុមហ៊ុនដឹកជញ្ជូនបន្ទុក (ភាគតិច) ឬប្រវែងនៃការសាយភាយ អត្រានៃការផ្សំផ្ទៃ;
ដង់ស៊ីតេនៃការផ្លាស់ទីលំនៅ។
ស៊ីលីកុនគឺជាសម្ភារៈ semiconductor ទូទៅបំផុត
សីតុណ្ហភាពមានឥទ្ធិពលយ៉ាងសំខាន់ទៅលើលក្ខណៈរបស់ semiconductors ។ ការកើនឡើងនៅក្នុងវាភាគច្រើននាំទៅរកការថយចុះនៃភាពធន់ និងផ្ទុយមកវិញ ពោលគឺ semiconductors ត្រូវបានកំណត់លក្ខណៈដោយវត្តមាននៃអវិជ្ជមាន។ . នៅជិតសូន្យដាច់ខាត semiconductor ក្លាយជាអ៊ីសូឡង់។
Semiconductors គឺជាមូលដ្ឋាននៃឧបករណ៍ជាច្រើន។ ក្នុងករណីភាគច្រើនពួកគេត្រូវតែទទួលបានក្នុងទម្រង់ជាគ្រីស្តាល់តែមួយ។ ដើម្បីចែកចាយលក្ខណៈសម្បត្តិដែលបានបញ្ជាក់ សារធាតុ semiconductors ត្រូវបានជ្រលក់ជាមួយនឹងភាពមិនបរិសុទ្ធផ្សេងៗ។ តម្រូវការកើនឡើងត្រូវបានដាក់លើភាពបរិសុទ្ធនៃវត្ថុធាតុដើម semiconductor ប្រភព។
Semiconductors បានរកឃើញកម្មវិធីធំទូលាយបំផុតនៅក្នុងបច្ចេកវិទ្យាទំនើប ពួកវាមានឥទ្ធិពលយ៉ាងខ្លាំងលើវឌ្ឍនភាពបច្ចេកទេស។ សូមអរគុណដល់ពួកគេវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីកាត់បន្ថយទម្ងន់និងវិមាត្រនៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិចយ៉ាងខ្លាំង។ ការអភិវឌ្ឍន៍គ្រប់ផ្នែកនៃគ្រឿងអេឡិចត្រូនិចនាំទៅដល់ការបង្កើត និងការកែលម្អឧបករណ៍ផ្សេងៗជាច្រើន ដោយផ្អែកលើឧបករណ៍ semiconductor ។ ឧបករណ៍ semiconductor បម្រើជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ microcells, micromodules, solid-state circuits ។ល។
ឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកដែលមានមូលដ្ឋានលើឧបករណ៍ semiconductor គឺអនុវត្តដោយមិនមាននិចលភាព។ ឧបករណ៍ semiconductor ដែលត្រូវបានសាងសង់យ៉ាងប្រុងប្រយ័ត្ន និងបិទជិតល្អ អាចប្រើប្រាស់បានរាប់ម៉ឺនម៉ោង។ ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ សមា្ភារៈ semiconductor មួយចំនួនមានដែនកំណត់សីតុណ្ហភាពទាប (ឧទាហរណ៍ germanium) ប៉ុន្តែមិនមានសំណងសីតុណ្ហភាពស្មុគ្រស្មាញខ្លាំង ឬជំនួសសម្ភារៈសំខាន់របស់ឧបករណ៍ជាមួយឧបករណ៍ផ្សេងទៀត (ឧទាហរណ៍ ស៊ីលីកុន ស៊ីលីកុន កាបូន) ភាគច្រើនលុបបំបាត់គុណវិបត្តិនេះ។ ការកែលម្អបច្ចេកវិជ្ជានៃការផលិតឧបករណ៍ semiconductor នាំឱ្យមានការថយចុះនៃការបែកខ្ចាត់ខ្ចាយដែលមានស្រាប់ និងអស្ថិរភាពនៃប៉ារ៉ាម៉ែត្រ។
ទំនាក់ទំនង semiconductor-metal និង electron-hole junction (n-p junction) ដែលបង្កើតក្នុង semiconductors ត្រូវបានប្រើក្នុងការផលិត semiconductor diodes ។ ប្រសព្វទ្វេ (p-n-p ឬ n-p-n) - ត្រង់ស៊ីស្ទ័រនិង thyristors ។ ឧបករណ៍ទាំងនេះត្រូវបានប្រើប្រាស់ជាចម្បងសម្រាប់ការកែតម្រូវ បង្កើត និងពង្រីកសញ្ញាអគ្គិសនី។
ដោយផ្អែកលើលក្ខណៈសម្បត្តិ photoelectric នៃ semiconductors, photoresistors, photodiodes និង phototransistors ត្រូវបានបង្កើតឡើង។ semiconductor បម្រើជាផ្នែកសកម្មនៃម៉ាស៊ីនភ្លើងលំយោល (អំភ្លី)។ នៅពេលដែលចរន្តអគ្គីសនីត្រូវបានឆ្លងកាត់ប្រសព្វ pn ក្នុងទិសដៅទៅមុខ បន្ទុក - អេឡិចត្រុង និងរន្ធ - ផ្សំឡើងវិញជាមួយនឹងការបំភាយនៃ photons ដែលត្រូវបានប្រើដើម្បីបង្កើត LEDs ។
លក្ខណៈសម្បត្តិកំដៅនៃសារធាតុ semiconductors ធ្វើឱ្យវាអាចធ្វើទៅបានដើម្បីបង្កើតភាពធន់នឹងកម្ដៅរបស់ semiconductor , semiconductor thermoelements, thermopiles និង thermoelectric generator និង thermoelectric cooling នៃ semiconductors ដោយផ្អែកលើឥទ្ធិពល Peltier - ទូទឹកកក thermoelectric និង thermostabilizers ។
Semiconductors ត្រូវបានប្រើនៅក្នុងឧបករណ៍បំប្លែងថាមពលកំដៅ និងថាមពលព្រះអាទិត្យដោយមិនមានម៉ាស៊ីនទៅជាថាមពលអគ្គិសនី - ម៉ាស៊ីនភ្លើងកំដៅ និងឧបករណ៍បំប្លែង photoelectric (អាគុយសូឡា)។
ភាពតានតឹងផ្នែកមេកានិកដែលបានអនុវត្តចំពោះឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកផ្លាស់ប្តូរភាពធន់ទ្រាំអគ្គិសនីរបស់វា (ឥទ្ធិពលគឺខ្លាំងជាងនៅក្នុងលោហធាតុ) ដែលជាមូលដ្ឋាននៃរង្វាស់សំពាធ semiconductor ។
ឧបករណ៍ Semiconductor បានរីករាលដាលនៅក្នុងការអនុវត្តពិភពលោក បដិវត្តន៍អេឡិចត្រូនិច ពួកវាបម្រើជាមូលដ្ឋានសម្រាប់ការអភិវឌ្ឍន៍ និងការផលិត៖
ឧបករណ៍វាស់, កុំព្យូទ័រ,
ឧបករណ៍សម្រាប់ទំនាក់ទំនង និងដឹកជញ្ជូនគ្រប់ប្រភេទ
សម្រាប់ដំណើរការស្វ័យប្រវត្តិកម្មនៅក្នុងឧស្សាហកម្ម
ឧបករណ៍សម្រាប់ការស្រាវជ្រាវវិទ្យាសាស្ត្រ,
បច្ចេកវិទ្យារ៉ុក្កែត,
ឧបករណ៍វេជ្ជសាស្រ្ត
ឧបករណ៍ និងឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិកផ្សេងទៀត។
ការប្រើប្រាស់ឧបករណ៍ semiconductor ធ្វើឱ្យវាអាចបង្កើតឧបករណ៍ថ្មី និងធ្វើឱ្យប្រសើរឡើងនូវឧបករណ៍ចាស់ ដែលមានន័យថាការថយចុះនៃវិមាត្រ ទម្ងន់ ការប្រើប្រាស់ថាមពល ហើយដូច្នេះការថយចុះនៃការបង្កើតកំដៅនៅក្នុងសៀគ្វី ការកើនឡើងនៃកម្លាំង ការត្រៀមខ្លួនជាបន្ទាន់សម្រាប់សកម្មភាព។ និងអាចបង្កើនអាយុកាលសេវាកម្ម និងភាពជឿជាក់នៃឧបករណ៍អេឡិចត្រូនិក។
យើងបាននិយាយអំពី conductors និង dielectrics ហើយបាននិយាយដោយខ្លីថាមានទម្រង់មធ្យមនៃ conductivity ដែលនៅក្រោមលក្ខខណ្ឌមួយចំនួនអាចទទួលយកលក្ខណៈសម្បត្តិនៃ conductor ឬ dielectric ។ សារធាតុប្រភេទនេះត្រូវបានគេហៅថា semiconductor ។
ខ្ញុំសូមរំលឹកអ្នក៖ នៅក្នុងលក្ខខណ្ឌនៃលក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនី សារធាតុ semiconductors កាន់កាប់កន្លែងកណ្តាលរវាង conductors និង non-conductors នៃចរន្ត។
ភាគច្រើនជាញឹកញាប់ germanium, silicon ត្រូវបានប្រើសម្រាប់ការផលិត semiconductors ហើយមិនសូវជាញឹកញាប់ - selenium, cuprous oxide និងសារធាតុផ្សេងទៀត។
ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ semiconductors គឺពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើសីតុណ្ហភាពព័ទ្ធជុំវិញ។ នៅសីតុណ្ហភាពជិតសូន្យដាច់ខាត (-273C) ពួកគេមានឥរិយាបទជាអ៊ីសូឡង់ទាក់ទងនឹងចរន្តអគ្គិសនី។ ផ្ទុយទៅវិញ conductors ភាគច្រើននៅសីតុណ្ហភាពនេះក្លាយជា superconducting ពោលគឺពួកគេផ្តល់នូវភាពធន់នឹងចរន្តស្ទើរតែគ្មាន។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពរបស់ conductors កើនឡើង ភាពធន់ទ្រាំរបស់ពួកគេចំពោះចរន្តអគ្គិសនីកើនឡើង ហើយភាពធន់នៃ semiconductors មានការថយចុះ។ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ conductors មិនផ្លាស់ប្តូរនៅពេលប៉ះនឹងពន្លឺ។ ចរន្តអគ្គិសនីនៃសារធាតុ semiconductors ក្រោមឥទ្ធិពលនៃពន្លឺ ដែលហៅថា photoconductivity កើនឡើង។
Semiconductors អាចបំប្លែងថាមពលពន្លឺទៅជាចរន្តអគ្គិសនី។ នេះពិតជាមិនមែនជារឿងធម្មតាសម្រាប់អ្នកដឹកនាំទេ។ ចរន្តអគ្គិសនីនៃសារធាតុ semiconductors កើនឡើងយ៉ាងខ្លាំងនៅពេលដែលអាតូមនៃធាតុមួយចំនួនផ្សេងទៀតត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងពួកវា។ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ conductors ថយចុះនៅពេលដែល impurities ត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុងពួកវា។
Germanium និង silicon ដែលជាសម្ភារៈចាប់ផ្តើមនៃឧបករណ៍ semiconductor ទំនើបជាច្រើន ដែលនីមួយៗមាន valence electrons បួននៅក្នុងស្រទាប់ខាងក្រៅនៃសំបករបស់វា។សរុបមក មានអេឡិចត្រុងចំនួន ៣២ នៅក្នុងអាតូម germanium និង 14 នៅក្នុងអាតូមស៊ីលីកុន ប៉ុន្តែអេឡិចត្រុង germanium ចំនួន 28 និង 10 អេឡិចត្រុងស៊ីលីកុន ដែលស្ថិតនៅក្នុងស្រទាប់ខាងក្នុងនៃសំបករបស់វា ត្រូវបានសង្កត់យ៉ាងរឹងមាំដោយស្នូល ហើយគ្មានកាលៈទេសៈណាត្រូវបានបំបែកចេញពីនោះទេ។ ពួកគេ។ មានតែអេឡិចត្រុង valence បួននៃអាតូមនៃ semiconductors ទាំងនេះប៉ុណ្ណោះដែលអាច ហើយសូម្បីតែមិនតែងតែអាចក្លាយជាដោយឥតគិតថ្លៃ។ អាតូម semiconductor ដែលបាត់បង់អេឡិចត្រុងយ៉ាងតិចមួយក្លាយជាអ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមាន។ នៅក្នុង semiconductor អាតូមត្រូវបានរៀបចំតាមលំដាប់លំដោយ៖ ពួកវានីមួយៗត្រូវបានហ៊ុំព័ទ្ធដោយអាតូមស្រដៀងគ្នាចំនួនបួន។ ពួកគេក៏ស្ថិតនៅជិតគ្នាផងដែរ ដែលអេឡិចត្រុងវ៉ាឡង់របស់ពួកគេបង្កើតជាគន្លងតែមួយឆ្លងកាត់ជុំវិញអាតូមជិតខាងទាំងអស់ ដោយភ្ជាប់ពួកវាទៅជាសារធាតុតែមួយ។
ទំនាក់ទំនងនៃអាតូមនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ semiconductor អាចត្រូវបានស្រមៃក្នុងទម្រង់នៃដ្យាក្រាមរាបស្មើ ដូចបង្ហាញក្នុងរូប។ 1, ក. នៅទីនេះ បាល់ធំៗដែលមានសញ្ញា "+" តំណាងឱ្យស្នូលអាតូមិក ជាមួយនឹងស្រទាប់ខាងក្នុងនៃសំបកអេឡិចត្រុង (អ៊ីយ៉ុងវិជ្ជមាន) និងបាល់តូចៗ - វ៉ាឡង់អេឡិចត្រុង
. អាតូមនីមួយៗព័ទ្ធជុំវិញដោយបួនដូចគ្នាយ៉ាងពិតប្រាកដ។ ពួកវាណាមួយត្រូវបានភ្ជាប់ជាមួយអ្នកជិតខាងនីមួយៗដោយអេឡិចត្រុងពីរដែលមួយគឺ "របស់វា" ហើយទីពីរត្រូវបានខ្ចីពី "អ្នកជិតខាង" ។ នេះគឺជាចំណងពីរអេឡិចត្រុង ឬវ៉ាឡេនស៍។ ទំនាក់ទំនងខ្លាំងបំផុត!
នៅក្នុងវេន ស្រទាប់ខាងក្រៅនៃសែលអេឡិចត្រុងនៃអាតូមនីមួយៗមានអេឡិចត្រុងចំនួនប្រាំបី៖ បួនរបស់វា និងមួយពីអាតូមជិតខាងចំនួនបួន។ នៅទីនេះវាមិនអាចបែងចែកបានទេថាមួយណាជា valence electrons ជា "របស់អ្នក" ហើយមួយណាជា "បរទេស" ព្រោះវាបានក្លាយជារឿងធម្មតា។ ជាមួយនឹងការតភ្ជាប់នៃអាតូមនៅក្នុងម៉ាស់ទាំងមូលនៃគ្រីស្តាល់ germanium ឬ silicon យើងអាចពិចារណាថា គ្រីស្តាល់ semiconductor គឺជាម៉ូលេគុលដ៏ធំមួយ។ ដ្យាក្រាមនៃការភ្ជាប់គ្នានៃអាតូមនៅក្នុង semiconductor អាចត្រូវបានធ្វើឱ្យសាមញ្ញសម្រាប់ភាពច្បាស់លាស់ដោយពណ៌នាវាដូចបានបង្ហាញក្នុងរូបភព។ 1, 6. នៅទីនេះ ស្នូលនៃអាតូមដែលមានសំបកអេឡិចត្រុងខាងក្នុងត្រូវបានបង្ហាញជារង្វង់ដែលមានសញ្ញាបូក ហើយចំណងអន្តរអាតូមត្រូវបានបង្ហាញជាបន្ទាត់ពីរដែលតំណាងឱ្យ valence អេឡិចត្រុង។
ចរន្តអគ្គិសនីនៃ semiconductors
នៅសីតុណ្ហភាពជិតសូន្យដាច់ខាត សារធាតុ semiconductor មានឥរិយាបទដូចជា absolute nonconductor ព្រោះវាមិនមានអេឡិចត្រុងសេរី។ ប្រសិនបើមិនមានការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពទេ ការតភ្ជាប់នៃ valence អេឡិចត្រុងជាមួយនឹងស្នូលអាតូមិកចុះខ្សោយ ហើយពួកវាខ្លះអាចចាកចេញពីអាតូមរបស់ពួកគេដោយសារតែចលនាកម្ដៅ។ អេឡិចត្រុងដែលរត់ចេញពីចំណងអន្តរអាតូមក្លាយជា ឥតគិតថ្លៃ (ក្នុងរូបភាពទី 1 ខ - ចំណុចខ្មៅ) និងកន្លែងដែលវាពីមុន ចន្លោះទទេត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ចន្លោះទទេនេះនៅក្នុងចំណងអន្តរអាតូមនៃ semiconductor ត្រូវបានគេហៅថាធម្មតា។ រន្ធ (ក្នុងរូបភាពទី 1 ខមានបន្ទាត់ខូច)។ សីតុណ្ហភាពកាន់តែខ្ពស់ អេឡិចត្រុងសេរី និងរន្ធកាន់តែច្រើនលេចឡើង។ ដូច្នេះការបង្កើតរន្ធនៅក្នុងម៉ាស់នៃ semiconductor ត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងការចាកចេញនៃ valence អេឡិចត្រុងពីសែលនៃអាតូមមួយហើយរូបរាងនៃរន្ធមួយត្រូវគ្នាទៅនឹងរូបរាងនៃបន្ទុកអគ្គិសនីវិជ្ជមានស្មើនឹងអេឡិចត្រុងអវិជ្ជមាន។
រូបភាពទី 1. ដ្យាក្រាមនៃទំនាក់ទំនងនៃអាតូមនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ semiconductor (a) និងដ្យាក្រាមសាមញ្ញនៃរចនាសម្ព័ន្ធរបស់វា (b) ។
ឥឡូវនេះសូមមើលរូប។ 2. វាបង្ហាញជាគ្រោងការណ៍នៃបាតុភូតនៃការបង្កើតបច្ចុប្បន្ននៅក្នុង semiconductor មួយ។ មូលហេតុនៃចរន្តគឺវ៉ុលដែលបានអនុវត្តទៅបង្គោល (ក្នុងរូបភាពទី 2 ប្រភពវ៉ុលត្រូវបានតំណាងដោយសញ្ញា "+" និង "-"). ដោយសារបាតុភូតកម្ដៅ ចំនួនជាក់លាក់នៃអេឡិចត្រុងត្រូវបានបញ្ចេញចេញពីចំណងអន្តរអាតូមិចពាសពេញម៉ាស់ទាំងមូលនៃសារធាតុ semiconductor (ក្នុងរូបភាពទី 2 ពួកវាត្រូវបានបង្ហាញដោយចំនុចដែលមានព្រួញ)។ អេឡិចត្រុងដែលបានបញ្ចេញនៅជិតបង្គោលវិជ្ជមាននៃប្រភពវ៉ុលត្រូវបានទាក់ទាញដោយបង្គោលនេះហើយទុកម៉ាស semiconductor ដោយបន្សល់ទុករន្ធ។ អេឡិចត្រុងដែលបានចាកចេញពីចំណងអន្តរអាតូមនៅចម្ងាយខ្លះពីប៉ូលវិជ្ជមានក៏ត្រូវបានទាក់ទាញដោយវាហើយផ្លាស់ទីឆ្ពោះទៅរកវា។ ប៉ុន្តែដោយបានជួបប្រទះរន្ធនៅតាមផ្លូវរបស់ពួកគេ អេឡិចត្រុងហាក់ដូចជា "លោត" ចូលទៅក្នុងពួកវា (រូបភាពទី 2, ក) ហើយចំណងអន្តរអាតូមិកត្រូវបានបំពេញ។ ហើយរន្ធដែលនៅជិតបំផុតទៅនឹងបង្គោលអវិជ្ជមានត្រូវបានបំពេញដោយអេឡិចត្រុងផ្សេងទៀតដែលគេចចេញពីអាតូមដែលមានទីតាំងនៅជិតបង្គោលអវិជ្ជមាន (រូបភាពទី 2, ខ) ។ ដរាបណាវាលអគ្គិសនីសកម្មនៅក្នុង semiconductor ដំណើរការនេះនៅតែបន្ត៖ ចំណងអន្តរអាតូមិកមួយចំនួនត្រូវបានខូច - វ៉ាឡង់អេឡិចត្រុងទុកវាចោល រន្ធលេចឡើង - ហើយចំណងអន្តរអាតូមិកផ្សេងទៀតត្រូវបានបំពេញ - អេឡិចត្រុងដែលបញ្ចេញចេញពីចំណងអន្តរអាតូមិកមួយចំនួន "លោត" ចូលទៅក្នុងរន្ធ។ (រូបទី 2 , ខ-គ) ។
រូបភាពទី 2. គ្រោងការណ៍នៃចលនានៃអេឡិចត្រុងនិងរន្ធ។
នៅសីតុណ្ហភាពខាងលើសូន្យដាច់ខាត អេឡិចត្រុងសេរី និងរន្ធបន្តលេចឡើង និងបាត់នៅក្នុង semiconductor ទោះបីជាមិនមានវាលអគ្គិសនីខាងក្រៅក៏ដោយ។ ប៉ុន្តែអេឡិចត្រុងនិងរន្ធផ្លាស់ទីយ៉ាងច្របូកច្របល់ក្នុងទិសដៅផ្សេងៗគ្នាហើយកុំចាកចេញពី semiconductor ។ នៅក្នុង semiconductor សុទ្ធ ចំនួនអេឡិចត្រុងដែលបញ្ចេញនៅរាល់ពេលគឺស្មើនឹងចំនួនរន្ធដែលបង្កើតឡើងក្នុងករណីនេះ. ចំនួនសរុបរបស់ពួកគេនៅសីតុណ្ហភាពបន្ទប់គឺតូច។ ដូច្នេះចរន្តអគ្គិសនីនៃ semiconductor បែបនេះគឺ (ហៅថាខ្លួនឯង) មានទំហំតូច វាផ្តល់នូវភាពធន់នឹងចរន្តអគ្គិសនីច្រើន។ ប៉ុន្តែប្រសិនបើសូម្បីតែបរិមាណមិនបរិសុទ្ធតិចតួចនៅក្នុងទម្រង់អាតូមនៃធាតុផ្សេងទៀតត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង semiconductor សុទ្ធនោះ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់វានឹងកើនឡើងយ៉ាងខ្លាំង។ ក្នុងករណីនេះ អាស្រ័យលើរចនាសម្ព័ន្ធអាតូមនៃធាតុមិនបរិសុទ្ធ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ semiconductor នឹងមាន អេឡិចត្រូនិចឬរន្ធ .
ចរន្តអេឡិចត្រូនិច
ប្រសិនបើអាតូមណាមួយនៅក្នុងគ្រីស្តាល់ semiconductor ត្រូវបានជំនួសដោយអាតូម antimony ដែលមានអេឡិចត្រុង valence ប្រាំនៅក្នុងស្រទាប់ខាងក្រៅនៃសំបកអេឡិចត្រុង អាតូម "alien" នេះនឹងភ្ជាប់ជាមួយអេឡិចត្រុងបួនទៅអាតូមជិតខាងចំនួនបួននៃ semiconductor ។ អេឡិចត្រុង valence ទីប្រាំនៃអាតូម antimony នឹងត្រូវបាន "បន្ថែម" ហើយនឹងក្លាយជាឥតគិតថ្លៃ។ អាតូម antimony កាន់តែច្រើនត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង semiconductor នោះអេឡិចត្រុងសេរីកាន់តែច្រើននឹងមាននៅក្នុងម៉ាស់របស់វា។ ដូច្នេះ សារធាតុ semiconductor ដែលមានសារធាតុផ្សំនៃ antimony មានភាពជិតស្និទ្ធនឹងលក្ខណៈរបស់វាទៅនឹងលោហៈធាតុ៖ ដើម្បីឱ្យចរន្តអគ្គិសនីឆ្លងកាត់វា ចំណងអន្តរអាតូមិចនៅក្នុងវាមិនចាំបាច់ត្រូវបានបំផ្លាញឡើយ។ ពួកវាត្រូវបានគេហៅថាអេឡិចត្រូនិកឬប្រភេទ (n) សារធាតុ semiconductors ។ នៅទីនេះអក្សរឡាតាំង n គឺជាអក្សរដំបូងនៃពាក្យឡាតាំង អវិជ្ជមាន (អវិជ្ជមាន) ដែលមានន័យថា "អវិជ្ជមាន" . ពាក្យនេះក្នុងករណីនេះគួរតែត្រូវបានយល់ក្នុងន័យថានៅក្នុង semiconductor ប្រភេទ n ឧបករណ៍បញ្ជូនបច្ចុប្បន្នសំខាន់គឺបន្ទុកអវិជ្ជមាន i.e. អេឡិចត្រុង។
ចរន្តនៃរន្ធ
រូបភាពខុសគ្នាទាំងស្រុងនឹងប្រែចេញ ប្រសិនបើអាតូមដែលមានអេឡិចត្រុងបី តួយ៉ាង indium ត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង semiconductor។ អាតូមដែក indium នីមួយៗដែលមានអេឡិចត្រុងបីរបស់វានឹងបំពេញចំណងជាមួយអាតូម semiconductor បីដែលនៅជិតខាង ហើយវាខ្វះអេឡិចត្រុងមួយដើម្បីបំពេញចំណងជាមួយទីបួន។ រន្ធមួយត្រូវបានបង្កើតឡើង។ ជាការពិតណាស់ វាអាចត្រូវបានបំពេញដោយប្រភេទអេឡិចត្រុងមួយចំនួនដែលបានគេចចេញពី valence bond ជាមួយអាតូមផ្សេងទៀតនៃ semiconductor ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មិនថារន្ធនៅទីណាទេ វាមិនមានអេឡិចត្រុងគ្រប់គ្រាន់នៅក្នុងម៉ាស់នៃសារធាតុ indium-doped semiconductor ដើម្បីបំពេញវានោះទេ។ ហើយអាតូមមិនបរិសុទ្ធ indium កាន់តែច្រើនត្រូវបានបញ្ចូលទៅក្នុង semiconductor នោះរន្ធកាន់តែច្រើនត្រូវបានបង្កើតឡើងនៅក្នុងវា។ ដើម្បីឱ្យអេឡិចត្រុងផ្លាស់ទីក្នុង semiconductor បែបនេះ ចំណង valence រវាងអាតូមត្រូវតែត្រូវបានបំផ្លាញ។ អេឡិចត្រុងដែលគេចចេញពីពួកវា ឬអេឡិចត្រុងដែលចូលទៅក្នុង semiconductor ពីខាងក្រៅផ្លាស់ទីពីរន្ធទៅរន្ធ។ ហើយនៅក្នុងម៉ាស់ទាំងមូលនៃ semiconductor នៅពេលណាមួយ ចំនួនរន្ធនឹងធំជាងចំនួនសរុបនៃអេឡិចត្រុងសេរី។ ពួកវាត្រូវបានគេហៅថា semiconductors ដែលមានចរន្តអគ្គិសនីរន្ធឬប្រភេទ (p) ។
អក្សរឡាតាំង r - អក្សរទីមួយនៃពាក្យឡាតាំង វិជ្ជមាន (វិជ្ជមាន) ដែលមានន័យថា "វិជ្ជមាន" ។
ពាក្យនេះក្នុងករណីនេះគួរតែត្រូវបានយល់ក្នុងន័យថាបាតុភូតនៃចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុងម៉ាស់នៃ semiconductor នៃប្រភេទ (p) ត្រូវបានអមដោយរូបរាងជាបន្តបន្ទាប់និងការបាត់ខ្លួននៃបន្ទុកវិជ្ជមាន - រន្ធ។ ផ្លាស់ទីតាមរយៈម៉ាស់នៃ semiconductor រន្ធដើរតួជាអ្នកដឹកជញ្ជូនបច្ចុប្បន្ន។ Semiconductors នៃប្រភេទ p ក៏ដូចជាប្រភេទ n មានចរន្តអគ្គិសនីល្អជាងច្រើនដងបើប្រៀបធៀបទៅនឹងសុទ្ធ។
វាត្រូវតែត្រូវបាននិយាយថាមិនមានទាំង semiconductors សុទ្ធទាំងស្រុងនិងប្រភេទអេឡិចត្រូត n និង p ។ សារធាតុ semiconductor ជាមួយ admixture នៃ indium ចាំបាច់មានអាតូមមួយចំនួនតូចនៃធាតុផ្សេងទៀតដែលផ្តល់ឱ្យវានូវចរន្តអេឡិចត្រូនិ ហើយជាមួយនឹង admixture នៃ antimony មានអាតូមនៃធាតុដែលបង្កើតរន្ធចរន្តអគ្គិសនីនៅក្នុងវា។ ឧទាហរណ៍នៅក្នុង semiconductor ដែលមានចរន្តអគ្គិសនីរួមនៃប្រភេទ n មានរន្ធដែលអាចបំពេញដោយអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃពីអាតូមមិនបរិសុទ្ធ antimony ។ ជាលទ្ធផល ចរន្តអគ្គិសនីនឹងកាន់តែយ៉ាប់យ៉ឺនបន្តិច ប៉ុន្តែជាទូទៅវានឹងរក្សាបាននូវចរន្តអគ្គិសនី។ បាតុភូតស្រដៀងគ្នានឹងត្រូវបានគេសង្កេតឃើញប្រសិនបើអេឡិចត្រុងសេរីចូលទៅក្នុង semiconductor ដែលមានតួអក្សរប្រហោង។
ដូច្នេះនៅក្នុង semiconductors ប្រភេទ n ឧបករណ៍បញ្ជូនចរន្តសំខាន់គឺអេឡិចត្រុង (ចរន្តអគ្គិសនីនាំមុខ) ហើយនៅក្នុងប្រភេទ p-type semiconductors ឧបករណ៍ផ្ទុកចរន្តសំខាន់គឺរន្ធ (រន្ធអគ្គិសនីនាំមុខ) ។
Semiconductors បានទទួលឈ្មោះរបស់ពួកគេដោយសារតែពួកគេកាន់កាប់ទីតាំងមធ្យមរវាង conductors (លោហៈ, អេឡិចត្រូលីត, ធ្យូងថ្ម) ដែលមានចរន្តអគ្គិសនីខ្ពស់និងអ៊ីសូឡង់ (ប៉សឺឡែន, mica, កៅស៊ូនិងផ្សេងទៀត) ដែលស្ទើរតែគ្មានចរន្តអគ្គិសនី។
ប្រសិនបើយើងប្រៀបធៀបភាពធន់នៃកម្រិតសំឡេងជាក់លាក់ក្នុង Ohm × cm សម្រាប់សារធាតុផ្សេងៗ វាប្រែថា conductors មាន: ρ យូ= 10 -6 - 10 -3 Ohm × សង់ទីម៉ែត្រ; ភាពធន់នៃសារធាតុ semiconductors: ρ យូ= 10 -3 - 10 8 Ohm × សង់ទីម៉ែត្រ; និងសម្រាប់ dielectrics: ρ យូ= 10 8 - 10 20 Ohm × cm. សេមីកុងឌុចទ័រ រួមមានៈ អុកស៊ីដដែក - អុកស៊ីដ (Al 2 O 3, Cu 2 O, ZnO, TiO 2, VO 2, WO 2, MoO 3); សមាសធាតុស្ពាន់ធ័រ - ស៊ុលហ្វីត (Cu 2 S, Ag 2 S, ZnS, CdS, HgS); សមាសធាតុជាមួយ selenium - selenides; សមាសធាតុជាមួយ tellurium - tellurides; យ៉ាន់ស្ព័រមួយចំនួន (MgSb 2, ZnSb, Mg 2 Sb, CdSb, AlSb, ClSb); ធាតុគីមី - germanium, silicon, tellurium, selenium, boron, carbon, sulfur, phosphorus, arsenic, ក៏ដូចជាមួយចំនួនធំនៃសមាសធាតុស្មុគស្មាញ (galene, carborundum និងផ្សេងទៀត) ។
រូបភាពទី 1. Germanium
រូបភាពទី 2. ស៊ីលីកុន
រូបភាពទី 3. Tellurium
ការសិក្សាពេញលេញនិងទូលំទូលាយអំពីលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ semiconductors ត្រូវបានអនុវត្តដោយអ្នកវិទ្យាសាស្ត្រសូវៀត A.F. Ioffe និងសហការីរបស់គាត់។
លក្ខណៈសម្បត្តិអគ្គិសនីរបស់ semiconductors ខុសគ្នាយ៉ាងខ្លាំងពីលក្ខណៈសម្បត្តិរបស់ conductors និង insulators ។ ចរន្តអគ្គិសនីរបស់ conductors ពឹងផ្អែកយ៉ាងខ្លាំងទៅលើសីតុណ្ហភាព ការបំភ្លឺ វត្តមាន និងអាំងតង់ស៊ីតេនៃវាលអគ្គីសនី និងបរិមាណមិនបរិសុទ្ធ។ នៅសីតុណ្ហភាពធម្មតា សារធាតុ semiconductors មានចំនួនជាក់លាក់នៃអេឡិចត្រុងសេរី ដែលបណ្តាលមកពីការបំបែកចំណងអេឡិចត្រូនិច។ semiconductors មានពីរប្រភេទនៃ conductivity: អេឡិចត្រុងនិងរន្ធ។ ឧបករណ៍ផ្ទុកបន្ទុកនៅក្នុង semiconductors ដែលមានចរន្តអេឡិចត្រូនិចគឺជាអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃ ហើយជាមួយនឹងដំណើរការប្រហោងពួកវាជាចំណងដែលមិនមានអេឡិចត្រុង។
ពិចារណាការពិសោធន៍ខាងក្រោម។ ចូរយក conductor ដែកមួយហើយកំដៅចុងម្ខាងរបស់វា បន្ទាប់មកចុងដែលគេឱ្យឈ្មោះថា conductor នឹងទទួលបានបន្ទុកវិជ្ជមាន។ នេះត្រូវបានពន្យល់ដោយចលនានៃអេឡិចត្រុងពីចុងក្តៅដល់ចុងត្រជាក់ ដែលបណ្តាលឱ្យខ្វះអេឡិចត្រុងនៅចុងក្តៅនៃចំហាយ (បន្ទុកវិជ្ជមាន) និងអេឡិចត្រុងលើសនៅចុងត្រជាក់ (បន្ទុកអវិជ្ជមាន) ។ លំហូររយៈពេលខ្លីនៃចរន្តតាមរយៈ conductor ត្រូវបានបង្កឡើងដោយចលនានៃអេឡិចត្រុងពីចុងម្ខាងនៃ conductor ទៅមួយទៀត។ ដូច្នេះនៅទីនេះយើងកំពុងនិយាយអំពី conductor ដែលមានចរន្តអេឡិចត្រូនិច។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ មានសារធាតុដែលមានឥរិយាបទខុសគ្នាក្នុងអំឡុងពេលពិសោធន៍បែបនេះ៖ គែមក្តៅនៃសារធាតុនេះទទួលបានបន្ទុកអវិជ្ជមាន ហើយគែមត្រជាក់ទទួលបានបន្ទុកវិជ្ជមាន។ វាអាចទៅរួចប្រសិនបើយើងសន្មត់ថាការផ្ទេរបច្ចុប្បន្នត្រូវបានអនុវត្តដោយការគិតថ្លៃវិជ្ជមាន។
រូបភាពទី 4. ការផ្សារភ្ជាប់រវាងអាតូមនៃសារធាតុមួយ។
  |
| រូបភាពទី 5. ចរន្តខាងក្នុងនៃ semiconductors |
 |
| រូបភាពទី 6. ចរន្តអេឡិចត្រូនិចនៃ semiconductor |
  |
| រូបភាពទី 7. រន្ធ conductivity នៃ semiconductor មួយ។ |
ចូរយើងស្គាល់ពីប្រភេទមួយទៀតនៃ conductivity នៅក្នុង semiconductors - hole conductivity ។ នៅក្នុង semiconductors សុទ្ធ អេឡិចត្រុងទាំងអស់ត្រូវបានចងភ្ជាប់យ៉ាងទន់ខ្សោយទៅនឹង nuclei ចូលរួមក្នុងចំណងអេឡិចត្រូនិច។ នៅក្នុងរូបភាពទី 4, កចំណងដែលបំពេញរវាងអាតូមនៃសារធាតុត្រូវបានបង្ហាញតាមធម្មតា។ "ប្រហោង" គឺជាធាតុមួយនៃបន្ទះឈើគ្រីស្តាល់នៃសារធាតុដែលបានបាត់បង់អេឡិចត្រុង ដែលត្រូវនឹងរូបរាងនៃបន្ទុកវិជ្ជមាន (រូបភាពទី 4, ខ).
ចំណងដែលបានចេញផ្សាយអាចត្រូវបានបំពេញម្តងទៀតប្រសិនបើ "រន្ធ" ចាប់យកអេឡិចត្រុងពីចំណងជិតខាង (រូបភាពទី 4, វ) នេះនឹងបណ្តាលឱ្យ "រន្ធ" ផ្លាស់ទីទៅទីតាំងថ្មី។ នៅក្នុងសារធាតុ semiconductor ក្រោមលក្ខខណ្ឌធម្មតា ទិសដៅនៃការបញ្ចេញអេឡិចត្រុង និងទីតាំងនៃការបង្កើត "រន្ធ" គឺមានភាពវឹកវរ។ ប្រសិនបើតង់ស្យុងថេរត្រូវបានអនុវត្តទៅ semiconductor សុទ្ធ នោះអេឡិចត្រុង និង "រន្ធ" នឹងផ្លាស់ទី (ទីមួយប្រឆាំងនឹងទិសដៅនៃកម្លាំងវាល ទីពីរនៅក្នុងទិសដៅផ្ទុយ) ។ ប្រសិនបើចំនួននៃ "រន្ធ" ដែលត្រូវបានបង្កើតឡើងគឺស្មើនឹងចំនួនអេឡិចត្រុងដែលបានបញ្ចេញនោះ ដូចទៅនឹងករណីនៃសារធាតុ semiconductors សុទ្ធដែរ ចរន្តនៃ semiconductors មានកម្រិតទាប (អាំងវឺតទ័រ) ។ វត្តមាននៃភាពមិនបរិសុទ្ធបរទេសសូម្បីតែតិចតួចអាចផ្លាស់ប្តូរយន្តការនៃចរន្តអគ្គិសនី: ធ្វើឱ្យវាអេឡិចត្រូនិចឬរន្ធ។ សូមក្រឡេកមើលឧទាហរណ៍ជាក់លាក់មួយ។ ចូរយក germanium (Ge) ជា semiconductor ។ នៅក្នុងគ្រីស្តាល់ germanium អាតូមនីមួយៗត្រូវបានភ្ជាប់ជាមួយអាតូមបួនផ្សេងទៀត។ នៅពេលដែលសីតុណ្ហភាពកើនឡើង ឬជាលទ្ធផលនៃការ irradiation ចំណងគូនៃគ្រីស្តាល់អាចខូច។ ក្នុងករណីនេះចំនួនអេឡិចត្រុងស្មើគ្នានិង "រន្ធ" ត្រូវបានបង្កើតឡើង (រូបភាពទី 5) ។
ចូរបន្ថែមអាសេនិចទៅ germanium ជាសារធាតុមិនបរិសុទ្ធ។ ភាពមិនបរិសុទ្ធបែបនេះមានចំនួនច្រើននៃអេឡិចត្រុងដែលខ្សោយ។ អាតូមមិនបរិសុទ្ធមានកម្រិតថាមពលផ្ទាល់របស់ពួកគេ ដែលស្ថិតនៅចន្លោះកម្រិតថាមពលនៃក្រុមទំនេរ និងពោរពេញដោយ ខិតទៅជិតកម្រិតថាមពលក្រោយ (រូបភាពទី 6)។ ភាពមិនបរិសុទ្ធបែបនេះផ្តល់ឱ្យអេឡិចត្រុងរបស់ពួកគេទៅតំបន់ទំនេរហើយត្រូវបានគេហៅថាភាពមិនបរិសុទ្ធរបស់ម្ចាស់ជំនួយ។ semiconductor នឹងមានអេឡិចត្រុងដោយឥតគិតថ្លៃ ខណៈដែលចំណងទាំងអស់នឹងត្រូវបានបំពេញ។ semiconductor នឹងមានចរន្តអេឡិចត្រូនិចនៅក្នុងក្រុមតន្រ្តីឥតគិតថ្លៃ។
ប្រសិនបើឥឡូវនេះ indium ជាជាងអាសេនិចត្រូវបានបន្ថែមជាសារធាតុមិនបរិសុទ្ធទៅ germanium នោះនឹងកើតឡើងដូចខាងក្រោម។ ភាពមិនបរិសុទ្ធបែបនេះមានចំនួនតិចតួចនៃអេឡិចត្រុងដែលខ្សោយ ហើយកម្រិតថាមពលនៃភាពមិនបរិសុទ្ធស្ថិតនៅចន្លោះកម្រិតថាមពលនៃក្រុមទំនេរ និងក្រុមដែលបំពេញ ខិតទៅជិតក្រុមតន្រ្តីឥតគិតថ្លៃ (រូបភាពទី 7) ។ ភាពមិនបរិសុទ្ធនៃប្រភេទនេះទទួលយកអេឡិចត្រុងចូលទៅក្នុងតំបន់របស់ពួកគេពីតំបន់ដែលនៅជាប់គ្នា ហើយត្រូវបានគេហៅថា impurities ដែលមិនបរិសុទ្ធ។ នៅក្នុង semiconductor នឹងមានចំណងដែលមិនបំពេញ - "រន្ធ" ក្នុងករណីដែលគ្មានអេឡិចត្រុងសេរី។ semiconductor នឹងមានរន្ធ conductivity នៅក្នុងក្រុមតន្រ្តីដែលបានបំពេញ។
ឥឡូវនេះបទពិសោធន៍នៃការកំដៅ semiconductor នឹងក្លាយជាច្បាស់លាស់នៅពេលដែលចុងកំដៅបានទទួលបន្ទុកអវិជ្ជមានហើយចុងត្រជាក់ទទួលបានបន្ទុកវិជ្ជមាន។ នៅក្រោមឥទិ្ធពលនៃកំដៅ ចំណងនៅចុងក្តៅនឹងចាប់ផ្តើមបំបែក បង្កើត "រន្ធ" និងអេឡិចត្រុងសេរី។ ប្រសិនបើ semiconductor មានសារធាតុមិនបរិសុទ្ធ នោះ "រន្ធ" នឹងចាប់ផ្តើមផ្លាស់ទីទៅចុងត្រជាក់ ដោយបញ្ចូលថាមពលវិជ្ជមាន ហើយចុងកំដៅនៃ semiconductor នឹងក្លាយជាបន្ទុកអវិជ្ជមាន។
បញ្ចប់ការពិចារណារបស់យើងអំពី semiconductors យើងទាញសេចក្តីសន្និដ្ឋានដូចខាងក្រោម។
ដោយការបន្ថែមភាពមិនបរិសុទ្ធទៅក្នុង semiconductor មួយអាចផ្តល់ឱ្យវានូវភាពលេចធ្លោនៃចរន្តអេឡិចត្រូនិច ឬរន្ធ។ ដោយផ្អែកលើនេះ, ប្រភេទដូចខាងក្រោមនៃ semiconductors ត្រូវបានទទួល។ semiconductors ដែលមានចរន្តអេឡិចត្រូនិចត្រូវបានគេហៅថា semiconductors នប្រភេទ (អវិជ្ជមាន) និងជាមួយចរន្តរន្ធ - ទំ- ប្រភេទ (វិជ្ជមាន) ។
យើងក៏សូមអញ្ជើញអ្នកឱ្យមើលវីដេអូអប់រំអំពី semiconductors៖
បញ្ជី=PL_QCOTUIndSFAbWcR3t0wYp5IORVEHu3I