Thể loại: Bài viết nổi bật » Thợ điện Novice
Số lượt xem: 36288
Bình luận về bài viết: 3
Bóng bán dẫn Phần 3. Các bóng bán dẫn được làm bằng gì
Bắt đầu bài viết: Lịch sử bóng bán dẫn, Transitor: mục đích, thiết bị và nguyên tắc hoạt động, Chất dẫn điện, chất cách điện và chất bán dẫn
Các chất bán dẫn tinh khiết có cùng số lượng electron và lỗ trống. Các chất bán dẫn như vậy không được sử dụng để sản xuất các thiết bị bán dẫn, như đã nói trong phần trước của bài viết.
Để sản xuất bóng bán dẫn (trong trường hợp này, chúng cũng có nghĩa là điốt, vi mạch và thực tế là tất cả các thiết bị bán dẫn), các loại chất bán dẫn n và p được sử dụng: với độ dẫn điện và lỗ. Trong chất bán dẫn loại n, electron là chất mang điện tích chính và lỗ trống trong chất bán dẫn loại p.
Chất bán dẫn với loại độ dẫn cần thiết thu được bằng cách pha tạp (thêm tạp chất) vào chất bán dẫn tinh khiết. Lượng tạp chất này nhỏ, nhưng tính chất của chất bán dẫn thay đổi ngoài sự công nhận.
Dopants
Các bóng bán dẫn sẽ không phải là bóng bán dẫn nếu chúng không sử dụng ba và các nguyên tố ngũ giác, được sử dụng làm tạp chất hợp kim. Nếu không có các yếu tố này, đơn giản là không thể tạo ra các chất bán dẫn có độ dẫn khác nhau, để tạo ra một tiếp giáp pn (đọc pe - en) và toàn bộ bóng bán dẫn.
Một mặt, indi, gali và nhôm được sử dụng làm tạp chất hóa trị ba. Vỏ ngoài của chúng chỉ chứa 3 electron. Các tạp chất như vậy lấy đi các electron từ các nguyên tử của chất bán dẫn, với kết quả là độ dẫn của chất bán dẫn trở thành lỗ trống. Các yếu tố như vậy được gọi là người chấp nhận - "người nhận".
Mặt khác, đây là các antimon và asen, là các nguyên tố ngũ giác. Họ có 5 electron trong quỹ đạo ngoài của chúng. Bước vào các hàng có trật tự của mạng tinh thể, chúng không thể tìm thấy vị trí cho electron thứ năm, nó vẫn tự do và độ dẫn của chất bán dẫn trở thành electron hoặc loại n. Những tạp chất như vậy được gọi là nhà tài trợ - người tặng Giv.
Hình 1 cho thấy một bảng các nguyên tố hóa học được sử dụng trong sản xuất bóng bán dẫn.
Hình 1. Ảnh hưởng của tạp chất đến tính chất của chất bán dẫn
Ngay cả trong một tinh thể hóa học tinh khiết của chất bán dẫn, ví dụ, gecmani, tạp chất được chứa. Số lượng của chúng rất nhỏ - một nguyên tử tạp chất trên một tỷ nguyên tử của chính nước Đức. Và trong một centimet khối, bạn có được khoảng năm mươi nghìn tỷ vật thể nước ngoài, được gọi là các nguyên tử tạp chất. Thích nhiều không?
Đây là thời gian để nhớ rằng ở dòng điện 1 A, một điện tích 1 Coulomb đi qua dây dẫn, hoặc 6 * 10 ^ 18 (sáu tỷ tỷ) electron mỗi giây. Nói cách khác, không có quá nhiều nguyên tử tạp chất và chúng cung cấp cho chất bán dẫn rất ít độ dẫn. Nó chỉ ra một chất dẫn điện xấu, hoặc không phải là chất cách điện rất tốt. Nói chung, một chất bán dẫn.
Làm thế nào là một chất bán dẫn có độ dẫn n
Chúng ta hãy xem điều gì sẽ xảy ra nếu một nguyên tử ngũ sắc của antimon hoặc asen được đưa vào một tinh thể gecmani. Điều này được thể hiện khá rõ trong Hình 2.
Hình 2. Giới thiệu tạp chất 5 hóa trị vào chất bán dẫn.
Một bài bình luận ngắn về Hình 2, đáng lẽ phải được thực hiện trước đó. Mỗi dòng giữa các nguyên tử liền kề của chất bán dẫn trong hình phải gấp đôi, cho thấy hai electron có liên quan đến liên kết. Một liên kết như vậy được gọi là cộng hóa trị và được hiển thị trong Hình 3.
Hình 3. Liên kết cộng hóa trị trong tinh thể silicon.
Đối với Đức, mô hình sẽ giống hệt nhau.
Một nguyên tử tạp chất ngũ giác được đưa vào mạng tinh thể, bởi vì nó đơn giản là không có nơi nào để đi.Ông sử dụng bốn trong số năm electron hóa trị của mình để tạo liên kết cộng hóa trị với các nguyên tử lân cận và được đưa vào mạng tinh thể. Nhưng electron thứ năm sẽ vẫn miễn phí. Điều thú vị nhất là nguyên tử của tạp chất trong trường hợp này trở thành một ion dương.
Tạp chất trong trường hợp này được gọi là nhà tài trợ, nó cung cấp cho các electron bổ sung chất bán dẫn, đây sẽ là hạt mang điện chính trong chất bán dẫn. Bản thân chất bán dẫn, nhận thêm electron từ nhà tài trợ, sẽ là chất bán dẫn có độ dẫn điện tử hoặc loại n - âm.
Các tạp chất được đưa vào chất bán dẫn với số lượng nhỏ, chỉ một nguyên tử trên mười triệu nguyên tử gecmani hoặc silic. Nhưng đây là gấp trăm lần so với nội dung của tạp chất nội tại trong tinh thể tinh khiết nhất, như đã được viết ở trên.
Nếu bây giờ chúng ta gắn một tế bào điện vào chất bán dẫn loại n, như trong Hình 4, thì các electron (vòng tròn có dấu trừ bên trong) dưới tác động của điện trường của pin sẽ đi đến kết luận tích cực. Cực âm của nguồn hiện tại sẽ cho càng nhiều electron vào tinh thể. Do đó, một dòng điện sẽ chạy qua chất bán dẫn.
Hình 4
Các hình lục giác, có một dấu cộng bên trong, không có gì ngoài các nguyên tử tạp chất tặng các electron. Bây giờ đây là những ion dương. Kết quả của những điều đã nói ở trên như sau: việc đưa một nhà tài trợ tạp chất vào chất bán dẫn đảm bảo cho việc phun các electron tự do. Kết quả là một chất bán dẫn có độ dẫn điện tử hoặc loại n.
Nếu các nguyên tử của một chất có ba electron trong quỹ đạo bên ngoài, chẳng hạn như indium, được thêm vào chất bán dẫn, gecmani hoặc silic, thì kết quả sẽ hoàn toàn ngược lại. Sự liên kết này được hiển thị trong Hình 5.
Hình 5. Giới thiệu tạp chất 3 hóa trị vào chất bán dẫn.
Nếu một nguồn hiện tại được gắn vào một tinh thể như vậy, thì sự chuyển động của các lỗ sẽ lấy một ký tự theo thứ tự. Các pha dịch chuyển được thể hiện trong Hình 6.
Hình 6. Các pha dẫn lỗ
Lỗ trống nằm ở nguyên tử đầu tiên bên phải, đây chỉ là nguyên tử tạp chất hóa trị ba, bắt electron từ người hàng xóm bên trái, do đó lỗ còn lại trong đó. Lần lượt, lỗ này chứa đầy một electron bị xé từ người hàng xóm của nó (trong hình nó lại nằm bên trái).
Theo cách này, sự chuyển động của các lỗ tích điện dương từ cực dương sang cực âm của pin được tạo ra. Điều này tiếp tục cho đến khi lỗ gần với cực âm của nguồn hiện tại và được lấp đầy bằng một electron từ nó. Đồng thời, electron rời khỏi nguyên tử của nó từ nguồn gần với cực dương nhất, thu được một lỗ mới và quá trình này được lặp lại một lần nữa.
Để không bị nhầm lẫn về loại chất bán dẫn nào thu được khi tạp chất được giới thiệu, đủ để nhớ rằng từ Nhà tài trợ Hồi có chữ cái en (âm) - một chất bán dẫn loại n. Và trong từ chấp nhận có chữ pe (dương) - một chất bán dẫn có độ dẫn p.
Các tinh thể thông thường, ví dụ, Đức, ở dạng tồn tại trong tự nhiên, không phù hợp để sản xuất các thiết bị bán dẫn. Thực tế là một tinh thể Germanium tự nhiên thông thường bao gồm các tinh thể nhỏ được trồng cùng nhau.
Đầu tiên, nguyên liệu ban đầu được tinh chế từ tạp chất, sau đó Germanium được nấu chảy và một hạt giống được hạ xuống thành khối, một tinh thể nhỏ với một mạng tinh thể thông thường. Hạt giống từ từ quay trong tan chảy và dần dần tăng lên. Sự tan chảy bao bọc hạt giống và làm mát tạo thành một thanh tinh thể lớn với một mạng tinh thể thông thường. Sự xuất hiện của tinh thể đơn thu được được hiển thị trong Hình 7.
Hình 7
Trong quá trình sản xuất một tinh thể duy nhất, một loại p hoặc n loại được thêm vào để tan chảy, do đó thu được độ dẫn mong muốn của tinh thể. Pha lê này được cắt thành các tấm nhỏ, trong bóng bán dẫn đã trở thành cơ sở.
Bộ sưu tập và bộ phát được thực hiện theo những cách khác nhau. Đơn giản nhất là những mảnh indium nhỏ được đặt ở hai phía đối diện của tấm, được hàn, làm nóng điểm tiếp xúc đến 600 độ. Sau khi làm mát toàn bộ cấu trúc, các vùng bão hòa đã thu được độ dẫn loại p. Các tinh thể thu được đã được cài đặt trong nhà ở và các đạo trình được kết nối, do đó thu được các bóng bán dẫn phẳng hợp kim. Thiết kế của bóng bán dẫn này được hiển thị trong Hình 8.
Hình 8
Các bóng bán dẫn như vậy được sản xuất vào những năm sáu mươi của thế kỷ XX dưới tên thương hiệu MP39, MP40, MP42, v.v. Bây giờ nó gần như là một triển lãm bảo tàng. Các bóng bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất của cấu trúc mạch p-n-p.
Năm 1955, một bóng bán dẫn khuếch tán đã được phát triển. Theo công nghệ này, để tạo thành các vùng thu và phát, một tấm gecmani được đặt trong bầu khí quyển có chứa hơi của tạp chất mong muốn. Trong bầu không khí này, tấm được nung nóng đến nhiệt độ ngay dưới điểm nóng chảy và được giữ trong thời gian cần thiết. Kết quả là, các nguyên tử tạp chất xâm nhập vào mạng tinh thể, tạo thành các mối nối pn. Quá trình như vậy được gọi là phương pháp khuếch tán, và chính các bóng bán dẫn được gọi là khuếch tán.
Các thuộc tính tần số của bóng bán dẫn hợp kim, phải nói, còn nhiều điều mong muốn: tần số biên không quá vài chục megahertz, cho phép bạn sử dụng chúng như một phím ở tần số thấp và trung bình. Các bóng bán dẫn như vậy được gọi là tần số thấp và sẽ tự tin chỉ khuếch đại tần số của dải âm thanh. Mặc dù các bóng bán dẫn hợp kim silicon từ lâu đã được thay thế bằng các bóng bán dẫn silicon, nhưng các bóng bán dẫn Germanium vẫn đang được sản xuất cho các ứng dụng đặc biệt trong đó điện áp thấp được yêu cầu để phân cực phát theo hướng thuận.
Các bóng bán dẫn silicon được sản xuất theo công nghệ phẳng. Điều này có nghĩa là tất cả các chuyển tiếp đi đến một bề mặt. Họ gần như thay thế hoàn toàn các bóng bán dẫn Germanium từ các mạch phần tử rời rạc và được sử dụng như các thành phần của các mạch tích hợp nơi Germanium chưa bao giờ được sử dụng. Hiện nay, một bóng bán dẫn Germanium rất khó tìm.
Đọc trong bài viết tiếp theo.
Boris Aladyshkin
Xem thêm tại electro-vi.tomathouse.com
: