Yra puslaidininkiai. Fizikiniai procesai p-n sandūroje. Kaip gaunami puslaidininkiai

Puslaidininkiai yra plati medžiagų klasė, kuriai būdingos specifinės elektrinio laidumo vertės, esančios intervale tarp metalų elektrinio laidumo ir gerų dielektrikų, tai yra, šios medžiagos negali būti klasifikuojamos nei kaip dielektrikas (nes jos nėra geri izoliatoriai), nei metalai (nėra geri elektros srovės laidininkai). Pavyzdžiui, puslaidininkiams priskiriamos tokios medžiagos kaip germanis, silicis, selenas, telūras, taip pat kai kurie oksidai, sulfidai ir metalų lydiniai.

Savybės:

1) Kylant temperatūrai, puslaidininkių savitoji varža mažėja, priešingai nei metalų, kurių savitoji varža didėja kylant temperatūrai. Be to, kaip taisyklė, plačiame temperatūros diapazone šis padidėjimas vyksta eksponentiškai. Puslaidininkinių kristalų savitoji varža taip pat gali sumažėti veikiant šviesai ar stipriems elektroniniams laukams.

2) Dviejų puslaidininkių kontakto vienpusio laidumo savybė. Būtent ši savybė naudojama kuriant įvairius puslaidininkinius įrenginius: diodus, tranzistorius, tiristorius ir kt.

3) Įvairių puslaidininkių kontaktai tam tikromis sąlygomis apšvietimo ar šildymo metu yra foto-e šaltiniai. d.s. arba, atitinkamai, termo-e. d.s.

Puslaidininkiai nuo kitų kietųjų medžiagų klasių skiriasi daugeliu specifinių savybių, iš kurių svarbiausios yra:

1) teigiamas temperatūros elektros laidumo koeficientas, tai yra, didėjant temperatūrai, puslaidininkių elektrinis laidumas didėja;

2) puslaidininkių laidumas mažesnis nei metalų, bet didesnis nei izoliatorių;

3) didelės termoelektrovaros jėgos vertės, palyginti su metalais;

4) didelis puslaidininkių savybių jautrumas jonizuojančiai spinduliuotei;

5) gebėjimas staigiai keisti fizines savybes esant nereikšmingoms priemaišų koncentracijoms;

6) srovės ištaisymo efektas arba neominis elgesys kontaktuose.

3. Fizikiniai procesai p-n sandūroje.

Daugumos puslaidininkinių įtaisų pagrindinis elementas yra elektronų skylės jungtis ( р-n-jungtis), kuris yra pereinamasis sluoksnis tarp dviejų puslaidininkio sričių, iš kurių vienas turi elektroninį laidumą, o kitas - skylę.

Išsilavinimas p-n perėjimas. P-n perėjimas į pusiausvyros būseną

Pažvelkime atidžiau į ugdymo procesą p-n perėjimas. Pereinamoji būsena vadinama pusiausvyra, kai nėra išorinės įtampos. Prisiminkime tai R-regionas yra dviejų tipų pagrindinių krūvininkų: stacionarūs neigiamai įkrauti akceptorių priemaišų atomų jonai ir laisvos teigiamai įkrautos skylės; ir į n-regione taip pat yra dviejų tipų pagrindiniai krūvininkai: stacionarūs teigiamai įkrauti akceptorių priemaišų atomų jonai ir laisvieji neigiamai įkrauti elektronai.

Prieš susisiekiant p Ir n plotai, elektronai, skylės ir priemaišų jonai pasiskirsto tolygiai. Susisiekus pasienyje p Ir n regionuose atsiranda laisvųjų krūvininkų koncentracijos gradientas ir difuzija. Difuzijos įtakoje elektronai iš n- plotas patenka į p ir ten susijungia su skylutėmis. Skylės iš R- sritys eina į n-regioną ir rekombinuoti ten su elektronais. Dėl šio laisvųjų krūvininkų judėjimo ribinėje srityje jų koncentracija sumažėja beveik iki nulio ir tuo pačiu R regione susidaro neigiamas akceptorių priemaišų jonų erdvės krūvis, o in n-regionas turi teigiamą erdvinį donorų priemaišų jonų krūvį. Tarp šių krūvių atsiranda kontaktinio potencialo skirtumas φ į ir elektrinis laukas E k, kuris neleidžia sklisti laisviesiems krūvnešiams iš gilaus R- Ir n- plotus skersai p-n- perėjimas. Taigi sritis, kurią jungia laisvieji krūvininkai su savo elektriniu lauku, vadinama p-n- perėjimas.

P-n-Perėjimui būdingi du pagrindiniai parametrai:

1. Galimas barjero aukštis. Jis lygus kontaktinio potencialo skirtumui φ į. Tai potencialų skirtumas sandūroje, kurį sukelia krūvininkų koncentracijos gradientas. Tai energija, kurią turi turėti nemokamas įkrovimas, kad įveiktų potencialų barjerą:

Kur k– Boltzmanno konstanta; e– elektronų krūvis; T- temperatūra; N a Ir N D– akceptorių ir donorų koncentracijos atitinkamai skylės ir elektronų srityse; r r Ir р n- skylių koncentracija viduje R- Ir n- srityse; n i - vidinė krūvininkų koncentracija nesusijusiame puslaidininkyje,  t = kT/e- temperatūros potencialas. Esant temperatūrai T=27 0 C  t=0,025V, germanio sandūrai  į=0,6 V, silicio jungtis  į=0,8 V.

2. pn sandūros plotis(1 pav.) – tai pasienio regionas, išsekęs krūvininkų, esantis p Ir n sritys: l p-n = l p + l n:

Iš čia,

Kur ε – puslaidininkinės medžiagos santykinė dielektrinė konstanta; ε 0 - laisvos erdvės dielektrinė konstanta.

Elektronų skylių perėjimų storis yra (0,1-10) µm. Jei , tada ir p-n-perėjimas vadinamas simetriniu, jei , tada ir p-n- perėjimas vadinamas asimetriniu ir daugiausia yra puslaidininkio srityje, kurioje priemaišų koncentracija yra mažesnė.

Pusiausvyros būsenoje (be išorinės įtampos) per р-n pereinant, juda du priešiniai krūvių srautai (teka dvi srovės). Tai mažumos krūvininkų dreifo srovė ir difuzinė srovė, kuri yra susijusi su daugumos krūvininkais. Kadangi nėra išorinės įtampos ir nėra srovės išorinėje grandinėje, dreifo srovė ir difuzijos srovė yra tarpusavyje subalansuotos ir gaunama srovė lygi nuliui.

I dr + I skirtumas = 0.

Šis ryšys vadinamas difuzijos ir dreifo procesų dinaminės pusiausvyros sąlyga izoliuotoje (pusiausvyra) p-n- perėjimas.

Paviršius ant kurio kontakto p Ir n plotas vadinamas metalurgijos riba. Iš tikrųjų jis turi ribotą storį - δ m. Jeigu δ m<< l p-n , Tai p-n- perėjimas vadinamas staigiu. Jei δ m >> l p-n, Tai p-n- perėjimas vadinamas sklandžiu.

Р-n perėjimas su išorine įtampa

Išorinė įtampa sutrikdo dinaminę srovių pusiausvyrą p-n- perėjimas. P-n- perėjimas pereina į nepusiausvyros būseną. Priklausomai nuo įtampos poliškumo į sritis p-n-perėjimas, galimi du darbo režimai.

1) Poslinkis į priekįp-n perėjimas. P-n- Sandūra laikoma nukreipta į priekį, jei yra prijungtas teigiamas maitinimo šaltinio polius R-sritis, o neigiamas n-sritys (1.2 pav.)

Esant tiesioginiam poslinkiui, įtampos  k ir U yra nukreiptos skaitikliu, gaunama įtampa yra p-n-perėjimas sumažėja iki vertės  į – U. Tai lemia tai, kad elektrinio lauko stipris mažėja ir pagrindinių krūvininkų difuzijos procesas atsinaujina. Be to, poslinkis į priekį sumažina plotį p-n perėjimas, nes l p-n ≈( k – U) 1/2. Difuzinė srovė, daugumos krūvininkų srovė, tampa daug didesnė už dreifo srovę. Per p-n- jungties nuolatinės srovės srautai

I r-n =I pr =I dif. +I dr  I dif .

Tekant nuolatinei srovei, dauguma p srities krūvininkų pereina į n sritį, kur tampa mažuma. Vadinamas difuzijos procesas, kai daugumos krūvininkai įvedami į regioną, kuriame jie tampa mažumos nešikliais injekcija, o nuolatinė srovė yra difuzinė arba įpurškimo srovė. P ir n srityse susikaupusiems mažumos krūvininkų kompensavimui išorinėje grandinėje iš įtampos šaltinio kyla elektroninė srovė, t.y. išsaugomas elektros neutralumo principas.

Kai didėja U srovė smarkiai padidėja, - temperatūros potencialas ir gali pasiekti dideles vertes, nes susiję su pagrindiniais nešiotojais, kurių koncentracija yra didelė.

2) Atvirkštinis šališkumas, atsiranda, kai R-sritis taikomas minusas, ir prie n- pliuso plotas, išorinis įtampos šaltinis (1.3 pav.).

Toks išorinis stresas Uįtraukta pagal  į. Tai: padidina potencialaus barjero aukštį iki vertės  į + U; didėja elektrinio lauko stiprumas; plotis p-n perėjimas didėja, nes l p-n ≈( to + U) 1/2; difuzijos procesas visiškai sustoja ir po to p-n perėjimas, teka dreifo srovė, mažumos krūvininkų srovė. Ši srovė p-n-perėjimas vadinamas atvirkštiniu, o kadangi jis yra susijęs su mažumos krūvininkais, atsirandančiais dėl šiluminės generacijos, jis vadinamas šilumine srove ir žymimas - aš 0, t.y.

I r-n =I arr =I dif. +I dr I dr = I 0.

Ši srovė yra mažo dydžio, nes susiję su mažumos krūvininkais, kurių koncentracija maža. Taigi, p-n Jungtis turi vienpusį laidumą.

Atvirkštinio poslinkio metu mažumos krūvininkų koncentracija ties perėjimo riba šiek tiek sumažėja, palyginti su pusiausvyros reikšme. Tai veda prie mažumos krūvininkų difuzijos iš gilumos p Ir n- regionai iki sienos p-n perėjimas. Jį pasiekę mažumos nešėjai patenka į stiprų elektrinį lauką ir perkeliami p-n pereinamuoju laikotarpiu, kai jie tampa dauguma krūvininkų. Mažumos krūvininkų difuzija iki ribos p-n vadinamas perėjimu ir dreifavimu per jį į regioną, kuriame jie tampa pagrindiniais krūvininkų nešikliais gavyba. Ištraukiama ir sukuriama atvirkštinė srovė p-n perėjimas yra mažumos krūvininkų srovė.

Atbulinės eigos srovės dydis labai priklauso nuo: aplinkos temperatūros, puslaidininkinės medžiagos ir ploto. p-n perėjimas.

Atbulinės srovės priklausomybė nuo temperatūros nustatoma pagal išraišką , kur yra vardinė temperatūra, yra faktinė temperatūra, yra šiluminės srovės padvigubėjimo temperatūra.

Silicio sankryžos šiluminė srovė yra daug mažesnė nei germanio sankryžos šiluminė srovė (3-4 eilėmis). Tai susiję su  į medžiaga.

Didėjant sandūros plotui, didėja jo tūris, todėl mažumos nešėjų, atsirandančių dėl šilumos susidarymo ir šiluminės srovės, skaičius didėja.

Taigi, pagrindinis turtas p-n-perėjimas yra jo vienpusis laidumas.

4. P-n sandūros srovės-įtampos charakteristikos.

Gaukime p-n sandūros srovės-įtampos charakteristiką. Norėdami tai padaryti, rašome tęstinumo lygtį bendra forma:

Laikysime nejudantį atvejį dp/dt = 0.

Panagrinėkime n tipo puslaidininkio kvazineutralaus tūrio srovę, esančią dešinėje nuo p-n sandūros išeikvojimo srities (x > 0). G generacijos greitis kvazineutraliame tūryje lygus nuliui: G = 0. Elektrinis laukas E taip pat lygus nuliui: E = 0. Srovės dreifo dedamoji taip pat lygi nuliui: I E = 0, todėl srovė yra difuzija. Rekombinacijos greitis R esant žemam įpurškimo lygiui apibūdinamas tokiu ryšiu:

Naudokime tokį difuzijos koeficientą, difuzijos ilgį ir mažumos nešiklio tarnavimo laiką jungiantį ryšį: Dτ = L p 2 .

Atsižvelgiant į pirmiau pateiktas prielaidas, tęstinumo lygtis yra tokia:

Difuzijos lygties ribinės sąlygos p-n sandūroje yra tokios formos:

Diferencialinės lygties (2.58) sprendimas su ribinėmis sąlygomis (*) turi tokią formą:

Sąryšis (2.59) aprašo n tipo puslaidininkio kvazineutralaus tūrio įleistų skylių pasiskirstymo dėsnį elektronų skylės perėjimui (2.15 pav.). Visi nešikliai, kurie kerta SCR ribą su kvazineutraliu pn sandūros tūriu, dalyvauja pn sandūros srovėje. Kadangi visa srovė yra difuzija, srovės išraišką pakeitę (2.59), gauname (2.16 pav.):

Sąryšis (2.60) apibūdina p-n sandūros angos srovės difuzijos komponentą, atsirandantį įpurškiant mažumos nešiklius, esant tiesioginiam poslinkiui. P-n sandūros srovės elektroniniam komponentui taip pat gauname:

Esant V G = 0, dreifo ir difuzijos komponentai subalansuoja vienas kitą. Vadinasi,.

Bendra p-n sandūros srovė yra visų keturių p-n sandūros srovės komponentų suma:

Išraiška skliausteliuose turi fizinę pn sandūros atvirkštinės srovės reikšmę. Iš tiesų, esant neigiamai įtampai V G< 0 ток дрейфовый и обусловлен неосновными носителями. Все эти носители уходят из цилиндра длиной L n со скоростью L n /τ p . Тогда для дрейфовой компоненты тока получаем:

Ryžiai. 2.15. Nepusiausvyros nešiklių, įpuršktų iš emiterio, pasiskirstymas per kvazineutralų p-n sandūros pagrindo tūrį

Nesunku pastebėti, kad šis ryšys yra lygiavertis anksčiau gautam tęstinumo lygties analizei.

Jei reikia įgyvendinti vienpusio įpurškimo sąlygą (pavyzdžiui, tik skylės įpurškimas), tai iš santykio (2.61) išplaukia, kad reikia pasirinkti nedidelę mažumos nešiklio koncentracijos n p0 reikšmę p- regione. Iš to seka, kad p tipo puslaidininkis turi būti stipriai legiruotas, lyginant su n tipo puslaidininkiu: N A >> N D . Šiuo atveju pn sandūros srovėje dominuos skylės dedamoji (2.16 pav.).

Ryžiai. 2.16. Srovės asimetrinėje p-n sandūroje su į priekį

Taigi p-n sandūros srovės įtampos charakteristika yra tokia:

Soties srovės tankis J s yra lygus:

P-n sandūros srovės-įtampos charakteristika, aprašyta ryšiu (2.62), parodyta 2.17 pav.

Ryžiai. 2.17. Idealios p-n sandūros srovės-įtampos charakteristika

Kaip matyti iš (2.16) ir 2.17 paveikslo, idealios pn sandūros srovės-įtampos charakteristika yra ryškiai asimetrinė. Tiesioginių įtampų srityje p-n sandūros srovė yra difuzinė ir didėja eksponentiškai didėjant taikomajai įtampai. Neigiamų įtampų srityje p-n sandūros srovė yra dreifuojanti ir nepriklauso nuo taikomos įtampos.

5. P-n sandūros talpa.

Bet kuri sistema, kurioje elektros krūvis Q kinta pasikeitus potencialui φ, turi talpą. Talpos C reikšmė nustatoma santykiu: .

P-n sandūroje galima išskirti du krūvių tipus: jonizuotų donorų ir akceptorių Q B erdvės krūvio srityje ir nešėjų, įšvirkščiamų į bazę iš emiterio Q p, krūvį. Esant skirtingiems poslinkiams pn sandūroje, skaičiuojant talpą dominuos vienas ar kitas krūvis. Šiuo atžvilgiu p-n sandūros talpa išskiriama barjerinė talpa C B ir difuzinė talpa C D.

Barjerinė talpa C B yra p-n sandūros talpa esant atvirkštiniam poslinkiui V G< 0, обусловленная изменением заряда ионизованных доноров в области пространственного заряда.

Jonizuotų donorų ir akceptorių Q B krūvio vertė asimetrinės p-n sandūros ploto vienetui yra lygi:

Diferencijuojant išraišką (2.65), gauname:

Iš (2.66) lygties seka, kad barjerinė talpa C B yra plokščiojo kondensatoriaus, kurio atstumas tarp plokščių lygus erdvės įkrovos srities W pločiui, talpa. Kadangi SCR plotis priklauso nuo naudojamos įtampos V G , barjero talpa taip pat priklauso nuo naudojamos įtampos. Skaitmeniniai barjero talpos įverčiai rodo, kad jos vertė yra dešimtys ar šimtai pikofaradų.

Difuzinė talpa C D – p-n sandūros talpa, esant priekiniam poslinkiui V G > 0, kurią sukelia įleidžiamų nešiklių krūvio Q p pokytis į bazę iš emiterio Q p.

Instrumentiniam įgyvendinimui naudojama barjerinės talpos C B priklausomybė nuo taikomos atvirkštinės įtampos V G. Puslaidininkinis diodas, įgyvendinantis šią priklausomybę, vadinamas varikapu. Varicap didžiausia talpa yra esant nulinei įtampai V G . Didėjant atvirkštiniam poslinkiui, varikapo talpa mažėja. Varicap talpos funkcinę priklausomybę nuo įtampos lemia varikapo bazės dopingo profilis. Esant vienodai dopingui, talpa yra atvirkščiai proporcinga įjungtos įtampos V G šaknei. Nustačius legiravimo profilį varikapo N D (x) bazėje, galima gauti įvairias varikapo talpos priklausomybes nuo įtampos C(V G) - tiesiškai mažėjančia, eksponentiškai mažėjančia.

6. Puslaidininkiniai diodai: klasifikacija, dizaino ypatybės, simboliai ir žymėjimai.

Puslaidininkinis diodas- puslaidininkinis įtaisas su viena elektros jungtimi ir dviem gnybtais (elektrodais). Skirtingai nuo kitų tipų diodų, puslaidininkinių diodų veikimo principas pagrįstas šiuo reiškiniu p-n- perėjimas.

Pramonėje ir energetikos mikroelektronikoje plačiai paplito įvairūs puslaidininkių tipai. Jų pagalba vieną energiją galima paversti kita, be jų daugelis elektroninių prietaisų normaliai neveiks. Šių elementų tipų yra labai daug, priklausomai nuo jų veikimo principo, paskirties, medžiagos ir dizaino ypatybių. Norint suprasti puslaidininkių veikimo būdą, būtina žinoti pagrindines jų fizines savybes.

Puslaidininkių savybės ir charakteristikos

Pagrindinės puslaidininkių elektrinės savybės leidžia juos laikyti standartinių laidininkų ir elektros nelaidžių medžiagų kryžminimu. Puslaidininkių grupė apima žymiai daugiau skirtingų medžiagų nei bendras skaičius.

Puslaidininkiai, pagaminti iš silicio, germanio, seleno ir kitų medžiagų, plačiai naudojami elektronikoje. Pagrindinė jų savybė laikoma ryškia priklausomybe nuo temperatūros įtakos. Esant labai žemai temperatūrai, kurią galima palyginti su absoliučiu nuliu, puslaidininkiai įgyja izoliatorių savybes, o kylant temperatūrai jų varža mažėja, o laidumas didėja. Šių medžiagų savybės gali keistis ir veikiant šviesai, kai žymiai padidėja fotolaidumas.

Puslaidininkiai šviesos energiją paverčia elektra, skirtingai nei laidininkai, kurie neturi šios savybės. Be to, tam tikrų elementų atomų įvedimas į puslaidininkį prisideda prie elektros laidumo padidėjimo. Visos šios specifinės savybės leidžia naudoti puslaidininkines medžiagas įvairiose elektronikos ir elektrotechnikos srityse.

Puslaidininkių tipai ir pritaikymas

Dėl savo savybių visų tipų puslaidininkiai skirstomi į kelias pagrindines grupes.

Diodai. Juose yra du kristalai, pagaminti iš skirtingo laidumo puslaidininkių. Tarp jų susidaro elektronų skylių perėjimas. Jie gaminami įvairaus dizaino, daugiausia smailių ir plokščių tipų. Plokščiose ląstelėse germanio kristalas yra legiruotas su indiu. Taškiniai diodai susideda iš silicio kristalo ir metalinės adatos.

Tranzistoriai. Jie susideda iš trijų kristalinių puslaidininkių. Dviejų kristalų laidumas yra vienodas, o trečiojo laidumas yra priešingas. Jie vadinami kolektoriumi, baze ir emiteriu. Elektronikoje stiprina elektrinius signalus.

Tiristoriai. Tai elementai, konvertuojantys elektros energiją. Jie turi tris elektronų skylių jungtis su vartų savybėmis. Jų savybės leidžia tiristorius plačiai naudoti automatikoje, kompiuteriuose ir valdymo įrenginiuose.

Kuo puslaidininkis skiriasi nuo izoliatorių ir laidininkų?

Šiame straipsnyje nėra nieko nepaprastai svarbaus ar įdomaus, tik atsakymas į paprastą klausimą „manekenams“: kokios pagrindinės savybės skiria puslaidininkius nuo metalų ir dielektrikų?

Puslaidininkiai yra medžiagos (kristalai, polikristalinės ir amorfinės medžiagos, elementai arba junginiai), turinčios juostos tarpą (tarp laidumo juostos ir valentinės juostos).

Elektroniniai puslaidininkiai yra kristalai ir amorfinės medžiagos, kurios pagal elektrinį laidumą užima tarpinę padėtį tarp metalų (σ = 10 4 ÷10 6 Ohm -1 cm -1) ir dielektrikų (σ = 10 -10 ÷10 -20 omų - 1 cm -1). Tačiau pateiktos laidumo ribinės vertės yra labai savavališkos.

Juostų teorija leidžia suformuluoti kriterijų, leidžiantį suskirstyti kietąsias medžiagas į dvi klases – metalus ir puslaidininkius (izoliatorius). Metalams būdingas laisvųjų lygių buvimas valentinėje juostoje, į kurią gali judėti elektronai, gaudami papildomos energijos, pavyzdžiui, dėl pagreičio elektriniame lauke. Išskirtinis metalų bruožas yra tas, kad žemėje, nesužadintoje būsenoje (esant 0 K) jie turi laidumo elektronų, t.y. elektronai, kurie dalyvauja tvarkingame judėjime veikiant išoriniam elektriniam laukui.

Puslaidininkiuose ir izoliatoriuose esant 0 K valentinė juosta yra visiškai užpildyta, o laidumo juosta nuo jos atskirta juostos tarpu ir joje nėra nešėjų. Todėl ne per stiprus elektrinis laukas nepajėgia sustiprinti valentinėje juostoje esančių elektronų ir perkelti jų į laidumo juostą. Kitaip tariant, tokie kristalai 0 K temperatūroje turėtų būti idealūs izoliatoriai. Kai temperatūra pakyla arba toks kristalas yra apšvitinamas, elektronai gali sugerti šiluminės ar spinduliuotės energijos kiekius, kurių pakanka patekti į laidumo juostą. Šio perėjimo metu valentinėje juostoje atsiranda skylių, kurios taip pat gali dalyvauti perduodant elektrą. Tikimybė, kad elektronas persikels iš valentinės juostos į laidumo juostą, yra proporcinga ( -Eg/ kT), kur Eg - draudžiamos zonos plotis. Su didele verte Eg (2-3 eV) ši tikimybė pasirodo labai maža.

Taigi medžiagų skirstymas į metalus ir nemetalus turi labai apibrėžtą pagrindą. Priešingai, nemetalų skirstymas į puslaidininkius ir dielektrikus tokio pagrindo neturi ir yra tik sąlyginis.

Anksčiau buvo manoma, kad medžiagos, turinčios juostos tarpą, gali būti priskiriamos dielektrikams Eg≈ 2÷3 eV, bet vėliau paaiškėjo, kad daugelis jų yra tipiniai puslaidininkiai. Be to, buvo parodyta, kad, priklausomai nuo vieno iš komponentų priemaišų ar perteklinių (virš stechiometrinės sudėties) atomų koncentracijos, tas pats kristalas gali būti ir puslaidininkis, ir izoliatorius. Tai taikoma, pavyzdžiui, deimantų, cinko oksido, galio nitrido ir kt. kristalams. Net tokie tipiški dielektrikai kaip bario ir stroncio titanatai, taip pat rutilas, dalinai redukuojant, įgyja puslaidininkių savybių, kurios yra susijusios su metalo atomų pertekliumi juose.

Nemetalų skirstymas į puslaidininkius ir dielektrikus taip pat turi tam tikrą reikšmę, nes žinoma nemažai kristalų, kurių elektroninio laidumo negalima pastebimai padidinti nei įvedant priemaišų, nei apšviečiant ar kaitinant. Tai lemia arba labai trumpas fotoelektronų gyvavimo laikas, arba gilių spąstų kristaluose egzistavimas, arba labai mažas elektronų mobilumas, t.y. su itin mažu jų dreifo greičiu elektriniame lauke.

Elektros laidumas proporcingas koncentracijai n, krūviui e ir krūvininkų judrumui. Todėl įvairių medžiagų laidumo priklausomybę nuo temperatūros lemia nurodytų parametrų temperatūros priklausomybės. Už visus elektroninius laidininkus mokestis e pastovus ir nepriklausomas nuo temperatūros. Daugumoje medžiagų judrumo reikšmė paprastai šiek tiek mažėja didėjant temperatūrai, nes didėja judančių elektronų ir fononų susidūrimų intensyvumas, t.y. dėl elektronų sklaidos kristalinės gardelės virpesiais. Todėl skirtingas metalų, puslaidininkių ir dielektrikų elgesys daugiausia susijęs su krūvininkų koncentracija ir jos priklausomybe nuo temperatūros:

1) metaluose krūvininkų koncentracija n yra didelė ir nežymiai kinta keičiantis temperatūrai. Kintamasis, įtrauktas į elektros laidumo lygtį, yra mobilumas. Ir kadangi judrumas šiek tiek mažėja didėjant temperatūrai, mažėja ir elektrinis laidumas;

2) puslaidininkiuose ir dielektrikuose n paprastai didėja eksponentiškai didėjant temperatūrai. Šis spartus augimas n daro didžiausią indėlį į laidumo pokyčius nei mobilumo sumažėjimas. Todėl, kylant temperatūrai, elektros laidumas sparčiai didėja. Šia prasme dielektrikai gali būti laikomi tam tikru ribojančiu atveju, nes įprastoje temperatūroje ši vertė nšiose medžiagose yra labai mažai. Esant aukštai temperatūrai, atskirų dielektrikų laidumas pasiekia puslaidininkio lygį dėl padidėjimo n. Pastebima ir priešinga – žemoje temperatūroje kai kurie puslaidininkiai tampa izoliatoriais.

Bibliografija

1. West A. Kietųjų medžiagų chemija. 2 dalis Per. iš anglų kalbos - M.: Mir, 1988. - 336 p.
2. Šiuolaikinė kristalografija. T.4. Fizikinės kristalų savybės. - M.: Nauka, 1981 m.

Chemijos fakulteto 501 grupės studentai: Bezzubov S.I., Vorobyova N.A., Efimov A.A.

Mūsų straipsnyje apžvelgsime puslaidininkių, jų savybių ir pritaikymo pavyzdžius. Šios medžiagos turi savo vietą radijo inžinerijoje ir elektronikoje. Jie yra kažkas tarp dielektriko ir laidininko. Beje, puslaidininkiu galima laikyti ir paprastą stiklą – normalioje būsenoje jis nelaidžia srovės. Tačiau stipriai kaitinant (beveik iki skystos būsenos), pasikeičia savybės ir stiklas tampa laidininku. Tačiau tai yra išskirtinis pavyzdys; kitoms medžiagoms viskas yra šiek tiek kitaip.

Pagrindinės puslaidininkių savybės

Laidumo indikatorius yra apie 1000 Ohm*m (esant 180 laipsnių temperatūrai). Palyginti su metalais, puslaidininkių laidumas mažėja kylant temperatūrai. Dielektrikai turi tą pačią savybę. Puslaidininkinės medžiagos turi gana stiprią laidumo rodiklio priklausomybę nuo priemaišų kiekio ir tipo.

Tarkime, jei į gryną germanį įterpsite tik tūkstantąją arseno dalį, laidumas padidės maždaug 10 kartų. Be išimties visi puslaidininkiai yra jautrūs išoriniam poveikiui – branduoliniam spinduliavimui, šviesai, elektromagnetiniams laukams, slėgiui ir kt. Puslaidininkinių medžiagų pavyzdžiai yra stibis, silicis, germanis, telūras, fosforas, anglis, arsenas, jodas, boras ir įvairūs jų junginiai. šios medžiagos.

Puslaidininkių naudojimo ypatybės

Dėl to, kad puslaidininkinės medžiagos turi tokių specifinių savybių, jos gana plačiai paplito. Jų pagrindu gaminami diodai, tranzistoriai, triakai, lazeriai, tiristoriai, slėgio, magnetinio lauko, temperatūros jutikliai ir kt.. Sukūrus puslaidininkius, įvyko radikali transformacija automatikos, radiotechnikos, kibernetikos ir elektrotechnikos srityse. Būtent naudojant puslaidininkius pavyko pasiekti tokius mažus įrangos matmenis – nereikia naudoti masyvių maitinimo šaltinių ir pusantro litro stiklainio dydžio radijo vamzdžių.

Srovė puslaidininkiuose

Laidininkuose srovę lemia tai, kur juda laisvieji elektronai. Puslaidininkinėse medžiagose yra daug laisvųjų elektronų ir tam yra priežasčių. Visi valentiniai elektronai, esantys puslaidininkyje, nėra laisvi, nes yra susiję su jų atomais.

Puslaidininkiuose srovė gali atsirasti ir keistis gana plačiose ribose, tačiau tik esant išorinei įtakai. Srovė keičiasi kaitinant, švitinant ir įvedant priemaišas. Visos įtakos gali žymiai padidinti valentinių elektronų energiją, kuri prisideda prie jų atskyrimo nuo atomų. Ir taikoma įtampa priverčia šiuos elektronus judėti tam tikra kryptimi. Kitaip tariant, šie elektronai tampa srovės nešėjais.

Skylės puslaidininkiuose

Didėjant išorinio švitinimo temperatūrai ar intensyvumui, didėja laisvųjų elektronų skaičius. Dėl to srovė didėja. Tie medžiagos atomai, kurie prarado elektronus, tampa teigiamais jonais; jie nejuda. Atomo išorėje, iš kurios išėjo elektronas, lieka skylė. Į jį gali tilpti kitas elektronas, palikęs savo vietą netoliese esančiame atome. Dėl to išorinėje kaimyninio atomo dalyje susidaro skylė - ji virsta jonu (teigiama).

Jei puslaidininkiui bus taikoma įtampa, elektronai pradės judėti iš vieno atomo į kitą tam tikra kryptimi. Skylės pradės judėti priešinga kryptimi. Skylė yra teigiamai įkrauta dalelė. Be to, jo modulis yra toks pat kaip elektrono. Naudodamiesi šiuo apibrėžimu, galite žymiai supaprastinti visų procesų, vykstančių puslaidininkiniame kristale, analizę. Skylės srovė (žymima I D) – tai dalelių judėjimas priešinga elektronų judėjimui kryptimi.

Elektronų skylės perėjimas

Puslaidininkis turi dviejų tipų elektrinį laidumą - elektroną ir skylę. Grynuose puslaidininkiuose (be priemaišų) skylės ir elektronai turi vienodą koncentraciją (atitinkamai N D ir N E). Dėl šios priežasties toks elektros laidumas vadinamas vidiniu laidumu. Bendra dabartinė vertė bus lygi:

Bet jei atsižvelgsime į tai, kad elektronai turi didesnį mobilumą nei skylės, galime pasiekti tokią nelygybę:

Krūvio mobilumas žymimas raide M; tai yra viena iš pagrindinių puslaidininkių savybių. Mobilumas yra dviejų parametrų santykis. Pirmasis yra krūvininko judėjimo greitis (žymimas raide V su indeksu "E" arba "D", priklausomai nuo nešiklio tipo), antrasis yra elektrinio lauko stiprumas (žymimas raide E). . Galima išreikšti formulėmis:

M E = (V E / E).

M D = (V D / E).

Judrumas leidžia nustatyti kelią, kurį skylė ar elektronas nukeliauja per vieną sekundę esant 1 V/cm įtampos vertei. Dabar galime apskaičiuoti puslaidininkinės medžiagos vidinę srovę:

I = N * e * (M E + M D) * E.

Tačiau reikia pažymėti, kad turime lygybę:

N = N E = N D.

Raidė e formulėje žymi elektrono krūvį (tai pastovi reikšmė).

Puslaidininkiniai įtaisai

Iš karto galime pateikti puslaidininkinių įtaisų pavyzdžius - tai tranzistoriai, tiristoriai, diodai ir net mikroschemos. Žinoma, tai nėra visas sąrašas. Norėdami pagaminti puslaidininkinį įtaisą, turite naudoti medžiagas, kurios turi skylę arba elektronų laidumą. Norint gauti tokią medžiagą, į idealiai gryną puslaidininkį, kurio priemaišų koncentracija yra mažesnė nei 10–11%, reikia įterpti priedą (jis vadinamas priedais).

Tos priemaišos, kurių valentingumas didesnis nei puslaidininkio, atsisako laisvųjų elektronų. Šios priemaišos vadinamos donorėmis. Tačiau tie, kurių valentingumas yra mažesnis nei puslaidininkio, linkę sugriebti ir sulaikyti elektronus. Jie vadinami akceptoriais. Norint gauti puslaidininkį, kuris turės tik elektroninio tipo laidumą, pakanka į pradinę medžiagą įvesti medžiagą, kurios valentingumas bus tik dar vienas. Puslaidininkių pavyzdžiu mokykliniame fizikos kurse laikomas germanis - jo valentingumas yra 4. Prie jo pridedamas donoras - fosforas arba stibis, jų valentingumas yra penki. Puslaidininkinių metalų yra nedaug, jie praktiškai nenaudojami technologijoje.

Šiuo atveju 4 elektronai kiekviename atome sukuria keturis suporuotus (kovalentinius) ryšius su germaniu. Penktasis elektronas tokio ryšio neturi, vadinasi, jis yra laisvos būsenos. O jei įjungsite įtampą, susidarys elektroninė srovė.

Srovės puslaidininkiuose

Kai elektronų srovė didesnė nei skylių, puslaidininkis vadinamas n tipo (neigiamu). Panagrinėkime pavyzdį – į idealiai gryną germanį įvedama nedidelė akceptoriaus priemaiša (pavyzdžiui, boras). Tokiu atveju kiekvienas akceptoriaus atomas pradės kurti kovalentinius ryšius su germaniu. Tačiau ketvirtasis germanio atomas neturi ryšio su boru. Vadinasi, tam tikras skaičius germanio atomų turės tik vieną elektroną be kovalentinio tipo jungties.

Tačiau pakanka nedidelio išorinio poveikio, kad elektronai pradėtų palikti savo vietas. Tokiu atveju germanyje susidaro skylės.

Paveikslėlyje parodyta, kad ant 2, 4 ir 6 atomų laisvieji elektronai pradeda jungtis prie boro. Dėl šios priežasties puslaidininkyje nesukuriama srovė. Germanio atomų paviršiuje susidaro skylės su skaičiais 1, 3 ir 5 – jų pagalba į jas perkeliami elektronai iš gretimų atomų. Ant pastarųjų pradeda atsirasti skylės, nes nuo jų skrenda elektronai.

Kiekviena atsiradusi skylė pradės judėti tarp germanio atomų. Įjungus įtampą, skylės pradeda tvarkingai judėti. Kitaip tariant, medžiagoje atsiranda skylių srovė. Šis puslaidininkių tipas vadinamas skyle arba p tipo. Veikiant įtampai juda ne tik elektronai, bet ir skylės – jie savo kelyje susiduria su įvairiomis kliūtimis. Tokiu atveju prarandama energija ir nukrypstama nuo pradinės trajektorijos. Kitaip tariant, vežėjų krūvis išsisklaido. Visa tai atsitinka todėl, kad puslaidininkyje yra teršalų.

Šiuolaikinėse technologijose naudojamų puslaidininkinių medžiagų pavyzdžiai buvo aptarti aukščiau. Visos medžiagos turi savo ypatybes. Visų pirma, viena iš pagrindinių savybių yra srovės ir įtampos charakteristikos netiesiškumas.

Kitaip tariant, padidėjus įtampai, kuri tiekiama puslaidininkiui, sparčiai didėja srovė. Tokiu atveju pasipriešinimas smarkiai sumažėja. Ši savybė buvo pritaikyta įvairiuose vožtuvų ribotuviuose. Netvarkingų puslaidininkių pavyzdžius galima išsamiau apsvarstyti specializuotoje literatūroje, jų naudojimas yra griežtai ribojamas.

Geras pavyzdys: esant darbinei įtampai, kibirkšties tarpas turi didelę varžą, todėl srovė neteka iš elektros linijos į žemę. Bet kai tik žaibas trenkia į laidą ar atramą, varža labai greitai sumažėja iki beveik nulio, o visa srovė patenka į žemę. Ir įtampa nukrenta iki normalios.

Simetrinė srovės-įtampos charakteristika

Pasikeitus įtampos poliškumui, srovė puslaidininkyje pradeda tekėti priešinga kryptimi. Ir keičiasi pagal tą patį dėsnį. Tai rodo, kad puslaidininkinis elementas turi simetrišką srovės ir įtampos charakteristiką. Tuo atveju, jei viena elemento dalis yra skylės tipo, o antroji yra elektroninė, tada prie jų kontakto ribos atsiranda p-n sandūra (elektroninė skylė). Būtent šie perėjimai yra visuose elementuose - tranzistoriuose, dioduose, mikroschemose. Bet tik mikroschemose ant vienos lusto vienu metu surenkami keli tranzistoriai - kartais jų skaičius yra daugiau nei tuzinas.

Kaip vyksta perėjimas?

Dabar pažiūrėkime, kaip susidaro pn sandūra. Jei kontaktas tarp skylių ir elektronų puslaidininkių nėra labai kokybiškas, susidaro sistema, susidedanti iš dviejų sričių. Vienas turės skylinį laidumą, o antrasis – elektroninį.

Ir elektronai, esantys n srityje, pradės sklisti ten, kur jų koncentracija mažesnė – tai yra į p sritį. Tuo pat metu kaip ir elektronai juda skylės, tačiau jų kryptis yra priešinga. Esant abipusei difuzijai, elektronų koncentracija n srityje ir skylių p srityje mažėja.

Pagrindinė pn sandūros savybė

Atsižvelgdami į laidininkų, puslaidininkių ir dielektrikų pavyzdžius, galite suprasti, kad jų savybės skiriasi. Pavyzdžiui, pagrindinė puslaidininkių kokybė yra galimybė perduoti srovę tik viena kryptimi. Dėl šios priežasties įtaisai, pagaminti naudojant puslaidininkius, plačiai paplito lygintuvuose. Praktiškai, naudojant keletą matavimo priemonių, galite pamatyti puslaidininkių darbą ir įvertinti daugybę parametrų - tiek ramybės režimu, tiek veikiant išoriniams "stimuliatoriams".

Atradus puslaidininkius ir ištyrus jų savybes, atsirado galimybė kurti grandines naudojant diodus ir tranzistorius. Netrukus dėl geresnių eksploatacinių charakteristikų ir mažesnių dydžių jie pakeitė vakuuminius vamzdžius, o tada atsirado galimybė gaminti puslaidininkinių elementų pagrindu sukurtas integrines grandynas.

Kas yra puslaidininkiai

Apibrėžti puslaidininkius reiškia apibūdinti juos pagal jų gebėjimą praleisti elektros srovę. Šios kristalinės medžiagos padidina savo elektrinį laidumą didėjant temperatūrai, veikiant šviesai ir esant įvairioms priemaišoms.

Puslaidininkiai gali būti plataus tarpo arba siauro tarpo, o tai lemia puslaidininkinių medžiagų savybes. Elektros laidumas priklauso nuo juostos tarpo, išmatuoto elektronvoltais (eV). Šis parametras gali būti pavaizduotas kaip energija, reikalinga elektronui prasiskverbti į elektros srovės zoną. Vidutiniškai puslaidininkiams tai yra 1 eV, gali būti daugiau ar mažiau.

Jei puslaidininkių kristalinės gardelės taisyklingumą suardo svetimas atomas, tai toks laidumas bus priemaiša. Kai puslaidininkinės medžiagos yra skirtos sukurti mikroschemų elementus, į juos specialiai dedama priemaišų, kurios sudaro padidintas skylių ar elektronų sankaupas:

• donoras – su didesniu valentingumu, dovanoja elektronus;
• akceptorius - su mažesniu valentiškumu, jie atima elektronus, sudarydami skyles.

Svarbu! Pagrindinis veiksnys, turintis įtakos laidininkų elektriniam laidumui, yra temperatūra.

Kaip užtikrinamas laidumas

Puslaidininkių pavyzdžiai yra silicis, germanis. Šių medžiagų kristaluose atomai turi kovalentinius ryšius. Kylant temperatūrai, kai kurie elektronai gali išsiskirti. Po to atomas, praradęs elektroną, tampa teigiamai įkrautu jonu. O elektronas, negalėdamas persikelti į kitą atomą dėl ryšių prisotinimo, pasirodo esąs laisvas. Veikiami elektrinio lauko, išlaisvinti elektronai gali judėti nukreiptu srautu.

Jonas, praradęs elektroną, linkęs „atimti“ kitą iš artimiausio atomo. Jei jam pasiseks, šis atomas savo ruožtu taps jonu, bandančiu pakeisti prarastą elektroną. Taigi atsiranda „skylių“ (teigiamų krūvių) judėjimas, kuris taip pat gali tapti tvarkingas elektriniame lauke.

Padidėjusi temperatūra leidžia energingiau išsilaisvinti elektronams, dėl to sumažėja puslaidininkio varža ir padidėja laidumas. Grynuose kristaluose elektronai ir skylės koreliuoja maždaug lygiomis dalimis, toks laidumas vadinamas vidiniu laidumu.

P tipo ir n tipo laidumas

Priemaišų laidumo tipai skirstomi į:

1. R tipo. Susidaro, kai pridedama akceptoriaus priemaiša. Mažesnis priemaišos valentingumas sukelia padidėjusį skylių skaičių. Keturiavalenčiam siliciui tokia priemaiša gali būti trivalentis boras;
2. N tipo. Jei į silicį bus pridėta penkiavalenčio stibio, puslaidininkyje padidės išsilaisvinusių neigiamų krūvininkų elektronų skaičius.

Puslaidininkiniai elementai daugiausia veikia pagal pn sandūros ypatybes. Kai susiliečia dvi skirtingo laidumo medžiagos, tarp jų esančios ribos elektronai ir skylės prasiskverbs į priešingas zonas.

Svarbu! Puslaidininkinių medžiagų keitimosi su teigiamais ir neigiamais krūvininkais procesas turi laiko ribas – iki barjerinio sluoksnio susidarymo.

Sujungtose dalyse, abiejose sąlyčio linijos pusėse, kaupiasi teigiami ir neigiami krūvininkai. Gautas potencialų skirtumas gali siekti 0,6 V.

Į elektrinį lauką patalpinus p-n sandūros elementą, jo laidumas priklausys nuo maitinimo šaltinio (PS) prijungimo. Su „pliusu“ ant dalies su p laidumu ir „minusu“ ant dalies su n laidumu, blokuojantis sluoksnis bus sunaikintas, o srovė tekės per sankryžą. Jei maitinimas prijungtas priešingai, blokuojantis sluoksnis dar labiau padidės ir pratekės nereikšminga elektros srovė.

Svarbu! P-n sandūra turi vienpusį laidumą.

Puslaidininkių naudojimas

Remiantis puslaidininkių savybėmis, sukurti įvairūs įrenginiai, kurie naudojami radiotechnikos, elektronikos ir kitose srityse.

Diodas

Vienpusis puslaidininkinių diodų laidumas nulėmė jų taikymo sritį - daugiausia kintamos srovės ištaisymui. Kiti diodų tipai:

1. Tunelis. Jame naudojamos puslaidininkinės medžiagos, kuriose yra toks priemaišų kiekis, kad pn sandūros plotis smarkiai sumažėja, o tiesioginio ryšio metu atsiranda tunelio gedimo efektas. Naudojamas RF įrenginiuose, generatoriuose ir matavimo įrangoje;
2. Konvertuotas. Šiek tiek modifikuotas tunelinis diodas. Tiesiogiai prijungus, jį atidaranti įtampa yra daug mažesnė, palyginti su klasikiniais diodais. Tai iš anksto nulemia tunelinio diodo naudojimą žemos įtampos srovėms konvertuoti;
3. Varicap. Kai pn sandūra uždaryta, jos talpa yra gana didelė. Kaip kondensatorius naudojamas varikapas, kurio talpa gali būti keičiama keičiant įtampą. Talpa sumažės, jei padidės atvirkštinė įtampa;

1. Zenerio diodas. Sujungtas lygiagrečiai, stabilizuoja įtampą tam tikroje srityje;
2. Pulsas. Dėl trumpųjų pereinamųjų procesų jie naudojami impulsinėms RF grandinėms;
3. Lavinos skrydis. Naudojamas itin aukšto dažnio virpesiams generuoti. Jis pagrįstas laviną primenančiu krūvininkų gausėjimu.

Šis diodas nėra pagamintas iš dviejų puslaidininkių medžiagų; vietoj to puslaidininkis liečiasi su metalu. Kadangi metalas neturi kristalinės struktūros, jame negali būti skylių. Tai reiškia, kad sąlyčio su puslaidininkine medžiaga taške tik elektronai iš abiejų pusių gali prasiskverbti, atlikdami darbinę funkciją. Tai tampa įmanoma, kai:

• yra n tipo puslaidininkis, o jo elektronų darbo funkcija mažesnė nei metalo;
• Yra p tipo puslaidininkis, kurio elektronų darbo funkcija yra didesnė nei metalo.

Sąlyčio taške puslaidininkis neteks krūvininkų, sumažės jo laidumas. Sukuriama kliūtis, kurią įveikia reikiamos vertės tiesioginė įtampa. Atvirkštinė įtampa praktiškai išjungia diodą, kuris veikia kaip lygintuvas. Dėl didelio greičio Schottky diodai naudojami impulsinėse grandinėse, skaičiavimo įrenginiuose, jie taip pat tarnauja kaip galios diodai ištaisyti didelę srovę.

Beveik nė viena mikroschema neapsieina be tranzistorių, puslaidininkinių elementų su dviem p-n sandūromis. Tranzistoriaus elementas turi tris išvesties kontaktus:

• kolekcionierius;
• bazė;
• skleidėjas.

Jei prie pagrindo paduodamas mažos galios valdymo signalas, tarp kolektoriaus ir emiterio praeina daug daugiau srovės. Kai į bazę nepateikiamas signalas, srovė neduodama. Tokiu būdu galima reguliuoti srovę. Prietaisas naudojamas signalui sustiprinti ir bekontakčiui grandinės perjungimui.

Puslaidininkinių tranzistorių tipai:

1. Bipolinis. Jie turi teigiamų ir neigiamų krūvininkų. Tekanti srovė gali eiti pirmyn ir atgal. Naudojami kaip stiprintuvai;
2. Laukas. Jų gnybtai vadinami kanalizacija, šaltiniu, vartais. Valdymas atliekamas per tam tikro poliškumo elektrinį lauką. Signalas, nukreiptas į vartus, gali pakeisti tranzistoriaus laidumą. Įkrovimo laikikliai lauko įrenginiuose gali turėti tik vieną ženklą: teigiamą arba neigiamą. Garso stiprintuvuose naudojami galingi lauko tranzistoriai. Jų pagrindinis pritaikymas yra integriniai grandynai. Kompaktiški matmenys ir mažas energijos suvartojimas leidžia juos montuoti įrenginiuose su mažos galios įtampos šaltiniais (laikrodžiais);
3. Kombinuotas. Jie gali būti išdėstyti kartu su kitais tranzistorių elementais ir rezistoriais vienoje monolitinėje struktūroje.

Puslaidininkinis dopingas

Dopingas yra priemaišų elementų, donorų ir akceptorių, įvedimas į puslaidininkinius kristalus, siekiant reguliuoti jų laidumą. Tai atsitinka kristalams augant arba vietiniu būdu tam tikrose srityse.

Naudoti metodai:

1. Aukštos temperatūros difuzija. Puslaidininkinis kristalas kaitinamas, o priemaišų atomai, besiliečiantys su jo paviršiumi, patenka giliai į jį. Kai kuriose kristalinės gardelės vietose priemaišų atomai pakeičia pagrindinės medžiagos atomus;
2. Jonų implantacija. Vyksta priemaišų atomų jonizacija ir pagreitis, kurie bombarduoja monokristalą, sukurdami vietinius nehomogeniškumus ir sudarydami p-n sandūras;
3. Švitinimas lazeriu. Metodo pranašumas yra tas, kad naudojant nukreiptą spinduliuotę atskiros zonos gali būti įkaitintos iki bet kokios temperatūros vertės, o tai palengvina priemaišų patekimą;
4. Neutronų dopingas. Naudotas palyginti neseniai. Tai apima monokristalo apšvitinimą terminiais neutronais reaktoriuje, dėl kurio atsiranda atomų branduolių mutacija. Silicio atomai paverčiami fosforu.

Yra ir kitų dopingo būdų: cheminis ėsdinimas, plonų plėvelių kūrimas purškiant.

Kaip gaunami puslaidininkiai

Pagrindinis dalykas, norint gauti puslaidininkius, yra jų valymas nuo nereikalingų priemaišų. Tarp daugelio būdų juos gauti galima išskirti du dažniausiai naudojamus:

1. Zonos tirpimas. Procesas atliekamas sandariame kvarciniame inde, į kurį tiekiamos inertinės dujos. Siaura luito zona ištirpsta ir palaipsniui juda. Lydymosi metu priemaišos persiskirsto ir perkristalizuojasi, išskiriant gryną dalį;
2. Czochralskio metodas. Tai apima kristalo auginimą iš sėklos, palaipsniui ištraukiant jį iš išlydytos kompozicijos.

Puslaidininkinių medžiagų rūšys

Kompozicijos skirtumai lemia puslaidininkių apimtį:

1. Paprastoms medžiagoms priskiriamos vienarūšės medžiagos, kurios naudojamos atskirai, taip pat priemaišos ir sudėtingų medžiagų komponentai. Silicis, selenas ir germanis naudojami atskirai. Boras, stibis, telūras, arsenas, siera, jodas naudojami kaip priedai;
2. Sudėtingos medžiagos yra dviejų ar daugiau elementų cheminiai junginiai: sulfidai, teluridai, karbidai;
3. Kobalto, vario ir europio oksidai naudojami lygintuvuose ir fotovoltiniuose elementuose;
4. Organiniai puslaidininkiai: indolas, akridonas, flavantronas, pentacenas. Viena iš jų panaudojimo sričių – optinė elektronika;
5. Magnetiniai puslaidininkiai. Tai yra feromagnetinės medžiagos, pavyzdžiui, europio sulfidas ir oksidas, taip pat antiferomagnetinės medžiagos - nikelio oksidas, europio teluridas. Jie naudojami radijo inžinerijoje, optiniuose įrenginiuose, valdomuose magnetiniu lauku.

Dabar sunku įvardinti technologijų sritį, kurioje nebūtų naudojamos puslaidininkinės medžiagos, įskaitant, jei nėra p-n sandūros, pavyzdžiui, temperatūros jutiklių šiluminė varža, nuotolinio valdymo pultelių fotovarža ir kt.

Vaizdo įrašas