polovodiče

Fyzický

2022

Vysvětlíme, co je elektrický polovodič, jeho typy, použití a příklady. Dále vodivé a izolační materiály.

Nejpoužívanějším polovodičem je křemík.

Co je to polovodič?

Polovodiče jsou materiály schopné působit jako elektrické vodiče nebo jako elektrické izolátory v závislosti na fyzikálních podmínkách, ve kterých se nacházejí. Tyto podmínky obvykle zahrnují teplota a Tlak, dopad záření nebo intenzity záření elektrické pole nebo magnetické pole kterému je materiál vystaven.

Polovodiče se skládají z chemické prvky velmi různorodé mezi sebou, které ve skutečnosti pocházejí z jiných regionů, než je Periodická tabulka, ale sdílejí určité chemické vlastnosti (obecně jsou čtyřmocné), které jim dávají jejich konkrétní elektrické vlastnosti. V současnosti je nejrozšířenějším polovodičem křemík (Si), zejména v průmyslu elektronika a z výpočetní.

Spolu s izolačními materiály byly polovodiče objeveny v roce 1727 anglickým fyzikem a přírodovědcem Stephenem Grayem (1666-1736), ale zákony, které popisují jejich chování a vlastnosti, byly popsány mnohem později, v roce 1821, slavným německým fyzikem Georgem Simonem. (1789-1854).

Polovodičové aplikace

Polovodiče jsou zvláště užitečné v elektronickém průmyslu, protože umožňují buzení a modulaci elektrický proud podle potřebných vzorů. Z toho důvodu je obvyklé, že se používají:

  • Tranzistory
  • Integrované obvody
  • Elektrické diody
  • Optické senzory
  • Pevné lasery
  • Modulátory elektrického pohonu (jako zesilovač pro elektrickou kytaru)

Druhy polovodičů

Polovodiče mohou být dvou různých typů v závislosti na jejich reakci na fyzické prostředí, ve kterém se nacházejí:

Vlastní polovodiče

Jsou tvořeny jedním typem atomy, uspořádány v molekul čtyřstěnné (tj. čtyři atomy s valencí 4) a jejich atomy spojené kovalentní vazby.

Tato chemická konfigurace zabraňuje hnutí bez elektrony kolem molekuly, kromě zvýšení teploty: pak elektrony převezmou část Energie dostupné a „skočit“, přičemž zůstane volný prostor, který se překládá jako kladný náboj, který zase přitáhne nové elektrony. Tento proces se nazývá rekombinace a množství teplo potřebné k tomu závisí na daném chemickém prvku.

Vnější polovodiče

Tyto materiály umožňují dopingový proces, to znamená, že umožňují začlenění určitého typu nečistot do jejich atomové konfigurace. V závislosti na těchto nečistotách, které mohou být pětimocné nebo trojmocné, se polovodičové materiály dělí na dva:

  • Vnější polovodiče typu N (donory). V těchto typech materiálů počet elektronů převyšuje počet děr nebo nosičů volného náboje ("prostory" kladného náboje). Když je na materiál aplikován potenciálový rozdíl, volné elektrony se pohybují doleva od materiálu a otvory pak doprava. Když díry dosáhnou krajní pravice, elektrony z vnějšího obvodu vstoupí do polovodiče a dojde k přenosu elektrického proudu.
  • Vnější polovodiče typu P (akceptory). V těchto materiálech přidaná nečistota místo toho, aby zvětšovala dostupné elektrony, zvětšuje díry. Mluvíme tedy o přidaném akceptorovém materiálu, protože po elektronech je větší poptávka než dostupnost a každý volný „prostor“, kam by měl elektron jít, slouží pro usnadnění průchodu proudu.

Příklady polovodičových materiálů

Polovodiče slouží jako modulátory elektrického přenosu.

Nejběžnější a nejpoužívanější polovodiče v průmysl jsou:

  • křemík (Si)
  • Germanium (Ge), často v slitiny křemík
  • arsenid galia (GaAs)
  • Síra
  • Kyslík
  • Kadmium
  • Selen
  • indický
  • Jiné chemické materiály vzniklé kombinací prvků ze skupin 12 a 13 periodické tabulky prvků s prvky ze skupin 16 a 15 v tomto pořadí.

Vodivé materiály

Na rozdíl od polovodičů, jejichž elektrické vodivé vlastnosti se liší, jsou vodivé materiály vždy připraveny přenášet elektřina, kvůli elektronické konfiguraci jeho atomů. Tato vodivost může kolísat a být do určité míry ovlivněna fyzikálním stavem prostředí elektrická vodivost není absolutní.

Příklady vodivých materiálů jsou drtivá většina kovy (železo, rtuť, měď, hliník atd.) a Voda.

Izolační materiály

Konečně izolační materiály jsou takové, které odolávají vedení elektřiny, to znamená, že brání průchodu elektrony a jsou proto užitečné, aby se chránily před elektřinou, aby zabránily jejímu volnému běhu nebo zkratu. Izolanty také neizolují stoprocentně, mají mez (průrazné napětí), nad kterým je energie tak intenzivní, že nemohou udržet svůj stav jako izolanty, a proto alespoň do určité míry propouštějí elektrický proud.

Příklady izolačních materiálů jsou plastický, keramika, sklo, dřevo a papír.

!-- GDPR -->