材料-はじめに

すべて material自然界には特定の特性があります。これらのプロパティは、マテリアルの動作を定義します。材料科学は、さまざまな条件にさらされたときのさまざまな材料または空間における電子の流れの研究を扱う電子工学の一分野です。

固体内の原子の混合により、単一のエネルギーレベルではなく、エネルギーレベルのバンドが形成されます。密集しているこれらのエネルギーレベルのセットは、次のように呼ばれます。Energy bands。

材料の種類

価電子が存在するエネルギーバンドは、 Valence band、伝導電子が存在するバンドは Conduction band。これら2つのバンド間のエネルギーギャップは次のように呼ばれます。Forbidden energy gap。

電子的には、材料は絶縁体、半導体、導体に大別されます。

Insulators−絶縁体は、禁止されているギャップが大きいために伝導が発生しない材料です。例：木材、ゴム。
Semiconductors−半導体は、禁止されているエネルギーギャップが小さく、外部エネルギーが加えられると伝導が起こる材料です。例：シリコン、ゲルマニウム。
Conductors−導体は、価電子帯と伝導帯が非常に接近して重なり合うと、禁止されているエネルギーギャップがなくなる材料です。例：銅、アルミニウム。

3つすべてのうち、電気に対する抵抗率が必要な場合は絶縁体が使用され、伝導率が高くなければならない場合は導体が使用されます。半導体は、それらがどのように使用されるかという特定の関心を引き起こすものです。

半導体

A Semiconductor抵抗率が導体と絶縁体の間にある物質です。材料を半導体として決定するのは抵抗率の性質だけではありませんが、次のような性質はほとんどありません。

半導体の抵抗率は、絶縁体よりも導体よりも小さくなっています。
半導体の温度係数は負です。半導体の抵抗は、温度の低下とともに増加し、逆もまた同様です。
半導体の導電性は、適切な金属不純物を加えると変化しますが、これは非常に重要な特性です。

半導体デバイスは、エレクトロニクスの分野で広く使用されています。トランジスタはかさばる真空管に取って代わり、デバイスのサイズとコストが削減され、この革命はペースを上げ続け、統合された電子機器のような新しい発明につながりました。半導体は以下のように分類できます。

非常に純粋な形の半導体は、 intrinsic semiconductor。しかし、この純粋な形の伝導能力は低すぎます。真性半導体の伝導能力を高めるために、いくつかの不純物を加える方が良いです。不純物を加えるこのプロセスは、Doping。現在、このドープされた真性半導体は、Extrinsic Semiconductor。

追加される不純物は、一般的に pentavalent そして trivalent不純物。これらの種類の不純物に応じて、別の分類が行われます。いつpentavalent 純粋な半導体に不純物を加えると、 N-type extrinsic Semiconductor。同様に、trivalent 純粋な半導体に不純物を加えると、 P-type extrinsic Semiconductor。

PN接合

電子がその場所から移動すると、そこに穴が形成されると言われています。つまり、穴は電子が存在しないことです。電子がマイナス端子からプラス端子に移動していると言えば、正孔がプラス端子からマイナス端子に移動していることを意味します。

上記の材料は、半導体技術の基礎です。ザ・N-type 5価の不純物を添加して形成された材料は electrons as its majority carriers少数キャリアとしての穴。一方、P-type 三価不純物を添加して形成された材料は holes as its majority carriers 少数キャリアとしての電子。

PとNの材料を結合するとどうなるかを理解してみましょう。

下図のように、P型とN型の材料を近づけると、両者が結合して接合部を形成します。

P型素材は holes として majority carriers そしてN型材料は持っています electrons として majority carriers。反対の電荷が引き付けられるため、P型の正孔はn側に移動する傾向がありますが、N型の電子はP側に移動する傾向があります。

それらの両方が接合部に向かって移動すると、正孔と電子が互いに再結合して中和し、イオンを形成します。さて、この接合部には、正イオンと負イオンが形成される領域があります。PN junction または図に示すようにジャンクションバリア。

P側にマイナスイオンが形成され、N側にプラスイオンが形成されると、PN接合の両側に狭い帯電領域が形成されます。この領域には、移動可能な電荷キャリアがありません。ここに存在するイオンは静止しており、電荷キャリアなしでそれらの間の空間領域を維持します。

この領域はP型とN型の材料間の障壁として機能するため、これは次のようにも呼ばれます。 Barrier junction。これは別の名前で呼ばれますDepletion regionつまり、両方の領域が枯渇します。電位差Vが発生する_Dは、と呼ばれる接合部を横切って、によるイオンの形成にPotential Barrier接合部を通る正孔と電子のさらなる移動を防ぐためです。このフォーメーションは、Diode。