基本的なエレクトロニクス-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。
適切な金属不純物を半導体に加えると、半導体の導電特性が変化します。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。次の図は、半導体の分類を示しています。

半導体の伝導

電子についてある程度の知識を持った後、私たちは最も外側の殻が valence electrons核に緩く付着している。このような原子は、他の原子に近づくと価電子を持ち、これら両方の原子の価電子が結合して「Electron pairs」。この結合はそれほど強くないので、Covalent bond。

たとえば、ゲルマニウム原子には32個の電子があります。最初の軌道に2個の電子、2番目の軌道に8個、3番目の軌道に18個、最後の軌道に4個の電子。これらの4つの電子はゲルマニウム原子の価電子です。これらの電子は、次の図に示すように、隣接する原子の価電子と結合して電子対を形成する傾向があります。

穴の作成

結晶に供給される熱エネルギーのために、一部の電子はその場所から移動して共有結合を切断する傾向があります。これらの壊れた共有結合は、ランダムにさまよう自由電子をもたらします。しかしmoved away electrons 後ろに空のスペースまたは原子価を作成します。これは、 hole。

失われた電子を表すこの正孔は、単位正電荷と見なすことができ、電子は単位負電荷と見なすことができます。解放された電子はランダムに移動しますが、外部電界が印加されると、これらの電子は印加された電界と反対方向に移動します。しかし、電子がないために作られた穴は、印加された場の方向に移動します。

正孔電流

共有結合が切断されると、穴が作成されることはすでに理解されています。実際、半導体結晶は共有結合を形成する傾向が強い。したがって、結晶に穴が存在する傾向はありません。これは、半導体結晶格子を示す次の図でよりよく理解できます。

電子は、場所Aから移動すると、穴が形成されます。共有結合が形成される傾向があるため、Bからの電子はAにシフトします。ここで、再びBでの共有結合のバランスをとるために、電子はCからBにシフトします。これによりパスが構築され続けます。電界が印加されていない場合のこの穴の動きはランダムです。しかし、電界が印加されると、正孔は印加された電界に沿ってドリフトします。hole current。これは正孔電流と呼ばれますが、正孔の動きが電流の流れに寄与するため、電子電流とは呼ばれません。

ランダムな動きをしている間、電子と正孔は互いに遭遇してペアを形成することがあります。この再結合により熱が放出され、別の共有結合が切断されます。温度が上昇すると、電子と正孔の生成速度が増加し、再結合の速度が増加し、その結果、電子と正孔の密度が増加します。その結果、半導体の導電率が増加し、抵抗率が減少します。これは、負の温度係数を意味します。

真性半導体

非常に純粋な形の半導体は、 intrinsic semiconductor。この純粋な半導体の特性は次のとおりです-

電子と正孔は、熱励起によってのみ生成されます。
自由電子の数は正孔の数と同じです。
室温では伝導能力が小さい。

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、外因性半導体と呼ばれています。

ドーピング

半導体材料に不純物を加えるプロセスは、ドーピングと呼ばれます。添加される不純物は、一般に5価および3価の不純物です。

Pentavalent Impurities

ザ・ pentavalent不純物は、最も外側の軌道に5つの価電子を持つものです。例：ビスマス、アンチモン、ヒ素、リン
5価の原子はと呼ばれます donor atom 純粋な半導体原子の伝導帯に1つの電子を提供するからです。

Trivalent Impurities

ザ・ trivalent不純物は、最も外側の軌道に3つの価電子を持つものです。例：ガリウム、インジウム、アルミニウム、ホウ素
三価原子は、 acceptor atom 半導体原子から1つの電子を受け入れるからです。

外因性半導体

純粋な半導体をドープすることによって形成される不純な半導体は、 extrinsic semiconductor。添加される不純物の種類に応じて、2種類の外因性半導体があります。N型外因性半導体とP型外因性半導体です。

N型不純物半導体

純粋な半導体に少量の5価の不純物を加えると、Ntypeの真性半導体が得られます。加えられた不純物は5つの価電子を持っています。

たとえば、ゲルマニウム原子にヒ素原子を追加すると、4つの価電子がGe原子に結合し、1つの電子は自由電子のままになります。これは次の図のようになります。

これらの自由電子はすべて電子電流を構成します。したがって、不純物を純粋な半導体に加えると、伝導のための電子が提供されます。

N型外因性半導体では、伝導は電子を介して行われるため、電子は多数キャリアであり、正孔は少数キャリアです。
正または負の電荷が追加されていないため、電子は電気的に中性です。
5価の不純物が添加されたN型半導体に電界が印加されると、自由電子は正極に向かって移動します。これは、負またはN型導電率と呼ばれます。

P型不純物半導体

純粋な半導体に少量の三価不純物を加えると、P型の真性半導体が得られます。加えられた不純物は3つの価電子を持っています。たとえば、ホウ素原子がゲルマニウム原子に追加されると、3つの価電子がGe原子に結合して、3つの共有結合を形成します。しかし、ゲルマニウムにはもう1つの電子が結合を形成せずに残っています。共有結合を形成するためにホウ素に電子が残っていないため、空間は穴として扱われます。これは次の図のようになります。