Чем отличаются полупроводники от металлов и диэлектриков по своим электрическим свойствам


Отличие полупроводников от металлов и диэлектриков

    Электропроводимость металлов выше Ю Ом -см , диэлектриков ниже 10 Ом -см- (при 298 К), проводимость полупроводников лежит между этими значениями. Однако главное отличие полупроводников от металлов состоит не в количественной оценке электропроводности, а в характере зависимости проводимости от температуры (рис. 4.19). Температурная зависимость проводимости металлов определяется временем свободного пробега электронов. С повышением температуры тепловые колебания атомов в узлах кристаллической решетки усиливаются, что приводит к увеличению взаимодействия их с электронами и к понижению проводимости.  [c.187]
    Отличия полупроводников от металлов и диэлектриков [c.243]

    Важнейшее отличие металлов от полупроводников и диэлектриков. Электронная и дырочная проводимость. [c.231]

    В качестве иллюстрации того, как внешние факторы влияют на электрическую проводимость полупроводников, приведем следующие данные. Селеновый полупроводник при глубоком охлаждении становится изолятором его электрическая проводимость уменьшается в миллиарды раз (I млрд = Ю ). Вообще все полупроводники при температурах, близких 0° К, становятся диэлектриками. С повышением температуры у них электрическая проводимость повышается. В этом отношении полупроводники отличаются от металлов, у которых электрическая проводимость при нагревании понижается. [c.452]

    Иначе говоря, полупроводники и диэлектрики отличаются от металлов тем, что валентная зона у них заполнена электронами, а ближайшая свободная зона (зона проводимости) отделена от валентной зоной запрещенных состояний. При этом ширина запрещенной зоны у полупроводников от десятых долей до 3 эВ, а у диэлектриков от 3 до 5 эВ (рис, 72). [c.265]

    При повышении температуры проводимость полупроводников в отличие от металлов обычно возрастает (см. 2). Электропроводность диэлектриков тоже возрастает. При температуре, близкой к абсолютному нулю, проводимость полупроводников и диэлектриков практически нулевая. По электрическим свойствам полупроводники стоят ближе к диэлектрикам, чем к металлам, от которых они имеют принципиальное качественное отличие.  [c.232]

    С позиций зонной теории, отличие металлов от полупроводников и диэлектриков в случае полностью заполненной валентной [c.49]

    Объяснение электропроводности металлов, полупроводников и диэлектриков дается на основе квантовой теории строения кристаллических тел — так называемой зонной теории. Рассмотрим некоторые общие положения этой теории. Переход атомных паров в кристаллическое вещество можно рассматривать как химическую реакцию, так как оптические, термодинамические, электрофизические и другие свойства твердых тел отличаются от свойств газов. Важно отметить, что атомные спектры газов имеют линейчатое строение, а спектры твердых тел имеют сплошной характер или полосатую, очень сложную структуру. Уже при взаимодействии двух одинаковых атомов дискретные атомные энергетические уровни расщепляются и превращаются в полосы. Тем большее расщепление уровней происходит, когда большое число N атомов, например лития, сближается с далеких расстояний до расстояний, на которых они находятся в кристаллической решетке. На рис. 70, а это расстояние между ядрами обозначено на оси абсцисс буквой о- По оси ординат отложена энергия. Находясь на больших расстояниях, атомы не взаимодействуют друг с другом, и диаграмма уровней будет такая же, как и для изолированного атома лития (1 25 ). При сближении атомов начнется взаимодействие между ними, прежде всего у каждого из них станет расщепляться уровень валентных электронов (2х). Уровень 2з) расщепляется в систему весьма близко расположенных N уровней, образуя целую полосу (зону) уровней. Более глубокие уровни при образовании кристалла оказываются совсем не расщепленными или только незначительно расщепленными.  [c.233]


    Как указывалось выше, при повышении температуры наблюдается падение удельной электрической проводимости металла. В противоположность это.му проводимость полупроводников с повышением температуры растет (у диэлектриков это выражено слабее). Электрическая проводимость полупроводников в отличие от металлов не уменьшается, а увеличивается в присутствии небольших количеств примесей, при наличии дефектов в строении кристаллических решеток, а также под действием света и различного рода излучений.  [c.265]

    В общем случае величина а Т. т. зависит от механизма рассеяния носителей заряда, к-рое может происходить на тепловых колебаниях атомов (ионов), нейтральных и заряженных собств. и примесных точечных дефектах, линейных, поверхностных и объемных дефектах кристаллич. решетки. В случае металлов а имеет электронную природу и подчиняется закону Ома. Для металлов характерно уменьшение а с т-рой. В отличие от металлов у полупроводников с повышением т-ры а увеличивается вследствие значит, возрастания концентрации своб. носителей заряда. В диэлектриках осн. носители заряда-ионы, вследствие чего а сопровождается переносом в-ва. Электронная проводимость диэлектриков возникает лишь при высоких электрич. напряжениях, близких к пороговым и соответствующих пробою. Как и в полупроводниках, о возрастает с повышением т-ры. [c.502]

    В отличие от металлов, у полупроводников все уровни в валентной зоне целиком заполнены и электропроводность может осуществляться лишь при переходе электронов в возбужденную зону (зону проводимости). Для перехода электронов с энергетических уровней валентной зоны в зону проводимости должна быть преодолена запрещенная зона, ширина которой может быть различной. Запрещенная зона может быть настолько широка, что при комнатных температурах приложенная извне тепловая энергия или, например, энергия освещения окажется недостаточной для перехода электронов в зону проводимости в количествах, обеспечивающих электропроводность вещества в указанных выше пределах. Такие твердые тела являются диэлектриками к ним обычно относят вещества, у которых ширина запрещенной зоны превышает 2 эв.  [c.62]

    Все вещества по электропроводности можно разделить на три класса металлы, полупроводники, изоляторы (диэлектрики). Удельная электропроводность у металлов 6,3-10 -i- 4-10 сим м, у полупроводников 10 10 спм м, у диэлектриков 10 -i--i- 10 сим м. Таким образом, к полупроводникам относят вещества, электропроводность которых отличается между собой на много порядков. [c.265]

    Возникновение электрохимии полупроводников как новой главы теоретической электрохимии обусловлено двумя основными причинами. Во-первых, многие электрохимические процессы, протекающие на границе электрод — электролит, совершаются фактически на поверхности, обладающей полупроводниковыми свойствами, со всеми особенностями, присущими такого рода материалам. Проводимость этих поверхностных слое

электричества | Определение, факты и типы

Электростатика - это исследование электромагнитных явлений, которые происходят, когда нет движущихся зарядов, то есть после установления статического равновесия. Заряды быстро достигают положения равновесия, потому что электрическая сила чрезвычайно велика. Математические методы электростатики позволяют рассчитывать распределения электрического поля и электрического потенциала по известной конфигурации зарядов, проводников и изоляторов.И наоборот, имея набор проводников с известными потенциалами, можно рассчитать электрические поля в областях между проводниками и определить распределение заряда на поверхности проводников. Электрическую энергию набора зарядов в состоянии покоя можно рассматривать с точки зрения работы, необходимой для сборки зарядов; в качестве альтернативы, можно также считать, что энергия находится в электрическом поле, создаваемом этой сборкой зарядов. Наконец, энергия может храниться в конденсаторе; энергия, необходимая для зарядки такого устройства, хранится в нем как электростатическая энергия электрического поля.

Изучите, что происходит с электронами двух нейтральных объектов, тренных друг о друга в сухой среде.

Объяснение статического электричества и его проявлений в повседневной жизни.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео к этой статье

Статическое электричество - это знакомое электрическое явление, при котором заряженные частицы передаются от одного тела к другому. Например, если два предмета трутся друг о друга, особенно если они являются изоляторами, а окружающий воздух сухой, предметы приобретают одинаковые и противоположные заряды, и между ними возникает сила притяжения.Объект, теряющий электроны, становится заряженным положительно, а другой - отрицательно. Сила - это просто притяжение между зарядами противоположного знака. Свойства этой силы описаны выше; они включены в математическое соотношение, известное как закон Кулона. Электрическая сила, действующая на заряд Q 1 в этих условиях, вызванная зарядом Q 2 на расстоянии r , задается законом Кулона,

Жирным шрифтом в уравнении обозначается вектор характер силы, а единичный вектор - это вектор, который имеет размер один и указывает от заряда Q 2 до заряда Q 1 .Константа пропорциональности k равна 10 −7 c 2 , где c - скорость света в вакууме; k имеет числовое значение 8,99 × 10 9 ньютонов на квадратный метр на квадратный кулон (Нм 2 / C 2 ). На рисунке 1 показано усилие на Q 1 , создаваемое Q 2 . Числовой пример поможет проиллюстрировать эту силу. И Q 1 и Q 2 выбраны произвольно как положительные заряды, каждый с величиной 10 −6 кулонов.Заряд Q 1 расположен в координатах x , y , z со значениями 0,03, 0, 0 соответственно, а Q 2 имеет координаты 0, 0,04, 0. Все координаты указаны в метрах. Таким образом, расстояние между Q 1 и Q 2 составляет 0,05 метра.

электрическая сила между двумя зарядами

Рисунок 1: Электрическая сила между двумя зарядами.

Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.Подпишитесь сегодня

Величина силы F на заряде Q 1 , рассчитанная по уравнению (1), составляет 3,6 ньютона; его направление показано на рисунке 1. Сила на Q 2 , обусловленная Q 1 , составляет - F , что также имеет величину 3,6 ньютона; его направление, однако, противоположно направлению F . Сила F может быть выражена через ее составляющие по осям x и y , поскольку вектор силы лежит в плоскости x y .Это делается с помощью элементарной тригонометрии из геометрии рисунка 1, и результаты показаны на рисунке 2. Таким образом, в ньютонах. Закон Кулона математически описывает свойства электрической силы между зарядами в состоянии покоя. Если заряды имеют противоположные знаки, сила будет притягивающей; притяжение будет обозначено в уравнении (1) отрицательным коэффициентом единичного вектора r̂. Таким образом, электрическая сила на Q 1 будет иметь направление, противоположное единичному вектору , и будет указывать от Q 1 к Q 2 .В декартовых координатах это привело бы к изменению знаков компонентов силы x и y в уравнении (2).

компоненты кулоновской силы

Рисунок 2: Компоненты x и y силы F на рисунке 4 (см. Текст).

Предоставлено Департаментом физики и астрономии Мичиганского государственного университета

Как можно понять эту электрическую силу на Q 1 ? По сути, сила возникает из-за наличия электрического поля в позиции Q 1 .Поле создается вторым зарядом Q 2 и имеет величину, пропорциональную размеру Q 2 . При взаимодействии с этим полем первый заряд на некотором расстоянии либо притягивается, либо отталкивается от второго заряда, в зависимости от знака первого заряда.

.Полупроводник

| Определение, типы, материалы, применения и факты

Полупроводник , любой из класса кристаллических твердых веществ, промежуточных по электрической проводимости между проводником и изолятором. Полупроводники используются в производстве различных видов электронных устройств, включая диоды, транзисторы и интегральные схемы. Такие устройства нашли широкое применение благодаря своей компактности, надежности, энергоэффективности и невысокой стоимости. В качестве дискретных компонентов они нашли применение в силовых устройствах, оптических датчиках и излучателях света, включая твердотельные лазеры.Они обладают широким спектром возможностей регулирования тока и напряжения и, что более важно, поддаются интеграции в сложные, но легко производимые микроэлектронные схемы. Они являются и будут в обозримом будущем ключевыми элементами для большинства электронных систем, обслуживающих приложения связи, обработки сигналов, вычислений и управления как на потребительском, так и на промышленном рынках.

Британская викторина

Тест по электронике и гаджетам

Когда был представлен DVD?

Полупроводниковые материалы

Твердотельные материалы обычно делятся на три класса: изоляторы, полупроводники и проводники.(При низких температурах некоторые проводники, полупроводники и изоляторы могут стать сверхпроводниками.) На рисунке показаны удельные проводимости σ (и соответствующие удельные сопротивления ρ = 1 / σ), которые связаны с некоторыми важными материалами каждого из трех классов. Изоляторы, такие как плавленый кварц и стекло, имеют очень низкую проводимость, порядка от 10 −18 до 10 −10 сименс на сантиметр; а проводники, такие как алюминий, имеют высокую проводимость, обычно от 10 4 до 10 6 сименс на сантиметр.Электропроводность полупроводников находится между этими крайними значениями и обычно чувствительна к температуре, освещению, магнитным полям и незначительным количествам примесных атомов. Например, добавление примерно 10 атомов бора (известного как легирующая примесь) на миллион атомов кремния может увеличить его электрическую проводимость в тысячу раз (частично с учетом широкой вариабельности, показанной на предыдущем рисунке).

Типичный диапазон проводимости изоляторов, полупроводников и проводников.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Изучение полупроводниковых материалов началось в начале 19 века. Элементарные полупроводники состоят из отдельных видов атомов, таких как кремний (Si), германий (Ge) и олово (Sn) в столбце IV и селен (Se) и теллур (Te) в столбце VI периодической таблицы. Однако существует множество сложных полупроводников, которые состоят из двух или более элементов. Арсенид галлия (GaAs), например, представляет собой бинарное соединение III-V, которое представляет собой комбинацию галлия (Ga) из колонки III и мышьяка (As) из колонки V.Тройные соединения могут быть образованы элементами из трех разных колонок - например, теллуридом ртути и индия (HgIn 2 Te 4 ), соединением II-III-VI. Они также могут быть образованы элементами из двух столбцов, такими как арсенид алюминия-галлия (Al x Ga 1 - x As), который представляет собой тройное соединение III-V, где и Al, и Ga происходят из столбец III и нижний индекс x относятся к составу двух элементов от 100 процентов Al ( x = 1) до 100 процентов Ga ( x = 0).Чистый кремний является наиболее важным материалом для приложений интегральных схем, а бинарные и тройные соединения III-V являются наиболее важными для излучения света.

таблица Менделеева

Современная версия периодической таблицы элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

До изобретения биполярного транзистора в 1947 году полупроводники использовались только как двухполюсные устройства, такие как выпрямители и фотодиоды. В начале 1950-х годов германий был основным полупроводниковым материалом.Однако он оказался непригодным для многих применений, потому что устройства, изготовленные из этого материала, демонстрируют высокие токи утечки только при умеренно повышенных температурах. С начала 1960-х годов кремний стал наиболее широко используемым полупроводником, фактически вытеснив германий в качестве материала для изготовления устройств. Для этого есть две основные причины: (1) кремниевые устройства демонстрируют гораздо более низкие токи утечки и (2) диоксид кремния (SiO 2 ), который является высококачественным изолятором, легко включается в состав кремниевого на базе устройства.Таким образом, кремниевые технологии стали очень продвинутыми и повсеместными: кремниевые устройства составляют более 95 процентов всей проданной во всем мире полупроводниковой продукции.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

Многие из составных полупроводников имеют определенные электрические и оптические свойства, которые превосходят их аналоги из кремния. Эти полупроводники, особенно арсенид галлия, используются в основном для оптоэлектроники и некоторых радиочастотных (RF) приложений.

Электронные свойства

Описанные здесь полупроводниковые материалы представляют собой монокристаллы; т.е. атомы расположены в трехмерном периодическом порядке. В части А рисунка показано упрощенное двумерное представление собственного (чистого) кристалла кремния, содержащего незначительные примеси. Каждый атом кремния в кристалле окружен четырьмя ближайшими соседями. Каждый атом имеет четыре электрона на своей внешней орбите и делит эти электроны со своими четырьмя соседями.Каждая общая электронная пара представляет собой ковалентную связь. Сила притяжения между электронами и обоими ядрами удерживает два атома вместе. Для изолированных атомов (например, в газе, а не в кристалле) электроны могут иметь только дискретные уровни энергии. Однако, когда большое количество атомов объединяется, чтобы сформировать кристалл, взаимодействие между атомами заставляет дискретные уровни энергии распространяться на энергетические зоны. Когда отсутствует тепловая вибрация (то есть при низкой температуре), электроны в изоляторе или полупроводниковом кристалле полностью заполняют ряд энергетических зон, оставляя остальные энергетические зоны пустыми.Полоса с самым высоким заполнением называется валентной полосой. Следующая зона - это зона проводимости, которая отделена от валентной зоны запрещенной зоной (в кристаллических изоляторах зазоры гораздо больше, чем в полупроводниках). Эта запрещенная зона, также называемая запрещенной зоной, представляет собой область, обозначающую энергии, которыми электроны в кристалле не могут обладать. Большинство важных полупроводников имеют ширину запрещенной зоны от 0,25 до 2,5 электрон-вольт (эВ). Ширина запрещенной зоны кремния, например, составляет 1,12 эВ, а ширина запрещенной зоны арсенида галлия - 1.42 эВ. Напротив, запрещенная зона алмаза, хорошего кристаллического изолятора, составляет 5,5 эВ.

полупроводниковые связи

Три изображения связи полупроводника.

Encyclopædia Britannica, Inc.

При низких температурах электроны в полупроводнике связаны в своих соответствующих зонах в кристалле; следовательно, они недоступны для электропроводности. При более высоких температурах тепловая вибрация может привести к разрыву некоторых ковалентных связей с образованием свободных электронов, которые могут участвовать в проводимости тока.Когда электрон удаляется от ковалентной связи, с этой связью связана электронная вакансия. Эта вакансия может быть заполнена соседним электроном, что приводит к смещению положения вакансии с одного узла кристалла на другой. Эту вакансию можно рассматривать как фиктивную частицу, получившую название «дырка», которая несет положительный заряд и движется в направлении, противоположном направлению электрона. Когда к полупроводнику прикладывается электрическое поле, как свободные электроны (теперь находящиеся в зоне проводимости), так и дырки (оставшиеся в валентной зоне) перемещаются через кристалл, создавая электрический ток.Электропроводность материала зависит от количества свободных электронов и дырок (носителей заряда) в единице объема и от скорости, с которой эти носители движутся под действием электрического поля. В собственном полупроводнике существует равное количество свободных электронов и дырок. Однако электроны и дырки обладают разной подвижностью; то есть они движутся с разными скоростями в электрическом поле. Например, для собственного кремния при комнатной температуре подвижность электронов составляет 1500 квадратных сантиметров на вольт-секунду (см 2 / В · с) —i.е., электрон будет двигаться со скоростью 1500 сантиметров в секунду под действием электрического поля один вольт на сантиметр, в то время как подвижность дырок составляет 500 см 2 / В · с. Подвижности электронов и дырок в конкретном полупроводнике обычно уменьшаются с повышением температуры.

электронная дырка: движение

Движение электронной дырки в кристаллической решетке.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Электрическая проводимость в собственных полупроводниках довольно низкая при комнатной температуре.Чтобы добиться более высокой проводимости, можно намеренно ввести примеси (обычно до концентрации одной части на миллион атомов хозяина). Это называется легированием - процессом, повышающим проводимость, несмотря на некоторую потерю подвижности. Например, если атом кремния заменен атомом с пятью внешними электронами, таким как мышьяк ( см. часть B рисунка), четыре электрона образуют ковалентные связи с четырьмя соседними атомами кремния. Пятый электрон становится электроном проводимости, который передается в зону проводимости.Кремний становится полупроводником типа n из-за добавления электрона. Атом мышьяка является донором. Точно так же часть C рисунка показывает, что если атом с тремя внешними электронами, такими как бор, заменен атомом кремния, дополнительный электрон будет образовывать четыре ковалентные связи вокруг атома бора, и положительно заряженная дырка будет создан в валентной зоне. Это создает полупроводник типа p , в котором бор является акцептором.

.

% PDF-1.4 % 724 0 объект > endobj xref 724 132 0000000016 00000 н. 0000005569 00000 н. 0000006148 00000 п. 0000006857 00000 н. 0000007157 00000 н. 0000007305 00000 н. 0000007465 00000 н. 0000007613 00000 н. 0000007775 00000 н. 0000007924 00000 н. 0000008086 00000 н. 0000008234 00000 н. 0000008396 00000 н. 0000008544 00000 н. 0000008706 00000 н. 0000008854 00000 н. 0000009015 00000 н. 0000009164 00000 п. 0000009325 00000 н. 0000009473 00000 н. 0000009635 00000 н. 0000009781 00000 п. 0000009943 00000 н. 0000010091 00000 п. 0000010253 00000 п. 0000010400 00000 п. 0000010562 00000 п. 0000010710 00000 п. 0000010872 00000 п. 0000011020 00000 п. 0000011182 00000 п. 0000011330 00000 п. 0000011493 00000 п. 0000011641 00000 п. 0000011804 00000 п. 0000011952 00000 п. 0000012114 00000 п. 0000012262 00000 п. 0000012424 00000 п. 0000012572 00000 п. 0000012875 00000 п. 0000013023 00000 п. 0000013186 00000 п. 0000013334 00000 п. 0000013497 00000 п. 0000013643 00000 п. 0000013806 00000 п. 0000013954 00000 п. 0000014116 00000 п. 0000014264 00000 п. 0000014426 00000 п. 0000014574 00000 п. 0000014736 00000 п. 0000014884 00000 п. 0000015046 00000 п. 0000015194 00000 п. 0000015356 00000 п. 0000015505 00000 п. 0000015667 00000 п. 0000015815 00000 п. 0000015977 00000 п. 0000016126 00000 п. 0000016288 00000 п. 0000016436 00000 п. 0000016599 00000 п. 0000016747 00000 п. 0000016910 00000 п. 0000017058 00000 п. 0000017220 00000 н. 0000017368 00000 п. 0000017530 00000 п. 0000017678 00000 п. 0000017840 00000 п. 0000017987 00000 п. 0000018149 00000 п. 0000018296 00000 п. 0000018458 00000 п. 0000018605 00000 п. 0000018767 00000 п. 0000018914 00000 п. 0000020110 00000 п. 0000021301 00000 п. 0000021338 00000 п. 0000021441 00000 п. 0000021919 00000 п. 0000026184 00000 п. 0000026856 00000 п. 0000027065 00000 п. 0000033317 00000 п. 0000034488 00000 п. 0000035116 00000 п. 0000035332 00000 п. 0000036848 00000 н. 0000038166 00000 п. 0000039362 00000 п. 0000040342 00000 п. 0000040556 00000 п. 0000041063 00000 п. 0000044161 00000 п. 0000044374 00000 п. 0000044960 00000 п. 0000046264 00000 н. 0000047424 00000 п. 0000047643 00000 п. 0000048592 00000 п. 0000049712 00000 п. 0000050990 00000 н. 0000052301 00000 п. 0000053293 00000 п. 0000055962 00000 п. 0000061943 00000 п. 0000069219 00000 п. 0000069274 00000 п. 0000069311 00000 п. 0000071999 00000 п. 0000072071 00000 п. 0000072295 00000 п. 0000072501 00000 п. 0000072611 00000 п. 0000072770 00000 п. 0000072937 00000 п. 0000073106 00000 п. 0000073253 00000 п. 0000073424 00000 п. 0000073565 00000 п. 0000073776 00000 п. 0000073969 00000 п. 0000074144 00000 п. 0000074327 00000 п. 0000074507 00000 п. 0000074659 00000 п. 0000002936 00000 н. трейлер ] / Назад 1589332 >> startxref 0 %% EOF 855 0 объект > поток h ެ WyTSW a1, TM

.

Свойства диэлектрических материалов - вопросы и ответы по инженерной физике

перейти к содержанию Меню
  • Дом
  • разветвленных MCQ
    • Программирование
    • CS - IT - IS
      • CS
      • IT
      • IS
    • ECE - EEE - EE
      • ECE
      • EEE
      • EE
    • Гражданский
    • Механический
    • Химическая промышленность
    • Металлургия
    • Горное дело
    • Приборы
    • Аэрокосмическая промышленность
    • Авиационная
    • Биотехнологии
    • Сельское хозяйство
    • Морской
    • MCA
    • BCA
  • Тест и звание
    • Тесты Sanfoundry
    • Сертификационные испытания
    • Тесты для стажировки
    • Занявшие первые позиции
  • Конкурсы
  • Стажировка
  • Обучение
.

Смотрите также