سطوح نیمه هادی در فیزیک دهم چیست؟

نیمه هادی ها چیست؟
نیمه هادی ها موادی هستند که بین رساناها (به طور کلی فلزات) و غیر رساناها یا عایق ها (از جمله سرامیک ها) رسانایی دارند. نیمه هادی ها می توانند ترکیباتی مانند آرسنید گالیم یا عناصر خالص مانند ژرمانیوم یا سیلیکون باشند. فیزیک نظریه ها م، خصوصیات و رویکرد ریاضی حاکم بر نیمه هادی ها را توضیح می دهد.

منبع های ما: https://tinyurl.com/yc2v9zgw و https://is.gd/jtwaGE

نمونه هایی از نیمه هادی ها:

گالیم آرسنید ، ژرمانیوم و سیلیسیم از نیمه هادی های متداول استفاده می شوند. سیلیکون در ساخت مدار الکترونیکی و گالیم آرسنید در سلولهای خورشیدی ، دیودهای لیزر و غیره استفاده می شود.

جدول محتویات
سوراخ ها و الکترون ها
تئوری باند
خصوصیات نیمه هادی ها
انواع نیمه هادی ها
نیمه هادی ذاتی
نیمه هادی خارجی
نیمه هادی نوع N
نیمه هادی نوع P
ذاتی در مقابل خارجی
برنامه های کاربردی
سالات متداول

سوراخ ها و الکترون ها در نیمه هادی ها
حفره ها و الکترون ها انواع حامل های شارژ هستند که پاسخگوی جریان جریان در نیمه هادی ها هستند. سوراخ ها (الکترون های ظرفیت) حامل بار الکتریکی با بار مثبت هستند در حالی که الکترون ذرات با بار منفی هستند. الکترون و حفره ها هر دو از نظر اندازه برابر هستند اما از نظر قطبیت مخالف هستند.

تحرک الکترون ها و سوراخ ها
در یک نیمه هادی ، تحرک الکترون ها از حفره ها بیشتر است. این عمدتا به دلیل ساختارهای مختلف باند و مکانیسم های پراکندگی آنها است.

الکترون ها در باند هدایت حرکت می کنند در حالی که سوراخ ها در باند ظرفیت حرکت می کنند. هنگامی که یک میدان الکتریکی اعمال می شود ، سوراخ ها به دلیل تحرک محدود نمی توانند مانند الکترون آزادانه حرکت کنند. ارتفاع الکترونها از پوسته های داخلی آنها به پوسته های بالاتر منجر به ایجاد حفره هایی در نیمه هادی ها می شود. از آنجا که حفره ها نیروی اتمی هسته ای بیشتری نسبت به الکترون ها تجربه می کنند ، حفره ها از تحرک کمتری برخوردار هستند.

تحرک ذرات در یک نیمه هادی بیشتر است اگر:

جرم موثر ذرات کمتر است
زمان بین پراکندگی حوادث بیشتر است
برای سیلیکون ذاتی در 300 K ، تحرک الکترونها 1500 cm2 (V ∙ s) -1 و تحرک سوراخها 475 cm2 (V ∙ s) -1 است.

مدل پیوند الکترونها در سیلیکون ظرفیت 4 در زیر نشان داده شده است. در اینجا ، وقتی یکی از الکترونهای آزاد (نقاط آبی) از موقعیت شبکه خارج می شود ، یک سوراخ ایجاد می کند (نقاط خاکستری). این حفره ایجاد شده بار مخالف الکترون را به خود اختصاص می دهد و می توان آن را به عنوان حامل های بار مثبت در حال حرکت در شبکه تصور کرد.

نیمه هادی ها – سوراخ ها و الکترون ها چیست؟
مفهوم الکترون و سوراخ در نیمه هادی ها

تئوری باند نیمه هادی ها
معرفی تئوری باند در طی انقلاب کوانتومی در علم اتفاق افتاد. والتر هیتلر و فریتز لندن باندهای انرژی را کشف کردند.

ما می دانیم که الکترونهای یک اتم در سطح انرژی مختلفی وجود دارند. وقتی می خواهیم شبکه ای از ماده جامد را با اتم های N جمع کنیم ، پس هر سطح از یک اتم باید به سطح N در ماده جامد تقسیم شود. این تقسیم سطح انرژی تیز و کاملاً بسته بندی شده ، باندهای انرژی را تشکیل می دهد. شکاف بین باندهای مجاور نشان دهنده طیفی از انرژی که فاقد هر الکترون هستند ، شکاف باند نامیده می شود.

تئوری باند نیمه هادی ها
نمودار باند انرژی برای نیمه هادی ها ، رساناها و مقره ها

باند هدایت و باند والنس در نیمه هادی ها
گروه والنس:
باند انرژی شامل سطوح انرژی الکترونهای ظرفیت به عنوان باند ظرفیت شناخته می شود. این بالاترین باند انرژی اشغال شده است. در مقایسه با مقره ها ، باند بند در نیمه هادی ها کوچکتر است. این اجازه می دهد تا الکترون های باند ظرفیت با دریافت هر انرژی خارجی به باند هدایت بپرند.

باند هدایت:
این کمترین باند خالی از سکنه است که شامل سطوح انرژی حامل های بار مثبت (حفره ها) یا منفی (الکترون های آزاد) است. دارای الکترونهای رسانا و در نتیجه جریان جریان است. باند رسانایی دارای سطح انرژی بالایی است و به طور کلی خالی است. باند رسانایی در نیمه هادی ها الکترون ها را از باند ظرفیت می پذیرد.

سطح فرمی در نیمه هادی ها چیست؟
سطح فرمی (با EF مشخص می شود) بین باندهای ظرفیت و هدایت وجود دارد. این بالاترین میزان اشغال مدول مولکولی با صفر مطلق است. حامل های شارژ در این حالت حالات کوانتومی خاص خود را دارند و به طور کلی با یکدیگر تعامل ندارند. هنگامی که دما از صفر مطلق بالا می رود ، این حامل های شارژ شروع به اشغال حالت های بالاتر از سطح فرمی می کنند.

در یک نیمه هادی نوع p ، افزایش چگالی حالتهای پر نشده وجود دارد. بنابراین ، الکترونهای بیشتری را در سطح انرژی پایین تر جای می دهیم. با این حال ، در یک نیمه هادی نوع n ، چگالی حالتها افزایش می یابد ، بنابراین الکترونهای بیشتری را در سطح انرژی بالاتر جای می دهد.

خصوصیات نیمه هادی ها
نیمه هادی ها می توانند در شرایط یا شرایط مطلوب برق را هدایت کنند. این خاصیت منحصر به فرد ، آن را به ماده ای عالی برای هدایت الکتریسیته به صورت کنترل شده در صورت لزوم تبدیل می کند.

برخلاف هادی ها ، حامل های بار در نیمه هادی ها فقط به دلیل انرژی خارجی (تحریک حرارتی) بوجود می آیند. باعث عبور تعداد مشخصی از الکترونهای ظرفیت می شود

دسته‌بندی نشده

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*