Полуспроводник: Разлика помеѓу преработките

'''ПолупроводнициПолуспроводници''' се кристални тела по кои степенот на [[електрична спроводливост|спроводливоста]] на [[електрична струја|електричната струја]] се наоѓаат помеѓу [[метал]]ите и [[изолатор]]ите.

Носители на електричеството низ полупроводницитеполуспроводниците во [[Електрично поле|електричното поле]] се празнините кои се движат во насока на електричното поле и електроните[[електрон]]ите кои се движат во насока спротивна на насоката на електричното поле.

Има 2 вида полупроводнициполуспроводници:

* Н-тип (негативен), полупроводникполуспроводник кој се добива кога [[силициум]] се допингува со атоми со повисок број валентни електрони од силициум, како на пример петтовалентенпетвалентен [[фосфор]].

[[File:N_type_semiconductor.png|thumb|150px|ПолупроводникПолуспроводник од типот Н]]

* П-тип(позитивен), полупроводникполуспроводник кој се добива кога силициум се допингува со атоми со помал број валентни електрони од силициум, како на пример тривалентен [[бор]].

[[File:P_type_semiconductor.png|thumb|left|150px|ПолупроводникПолуспроводник од типот П]]

[[Категорија:ПолупроводнициЕлектроника| ]]

ПроводливостаСпроводливоста на материјата е мерка за можноста низ неа да тече електрична струја ако врз неа се дејствува со електрично поле . Електричната струја настанува како резултат на насочено движење на наелектризирани честички. ПроводливостаСпроводливоста на материјата зависи од повеќе услови – природата на материјата, температура, осветленост, допингување со хемиски нечистотии, механички деформации на материјалот и др. кои можат да доведат до зголемување или намалување на проводливостаспроводливоста на самата материја.

ПолупроводнициПолуспроводници се материјали чиј степен на проводливостаспроводливост на електричната струја се наоѓа помеѓу металите и изолаторите. Носители на електричеството низ полупроводницитеполуспроводниците во електричното поле се празнините кои се движат во насока на електричното поле и електроните кои се движат во насока спротивна на насоката на електричното поле. Во практиката идеално хемиски чисти полупроводнициполуспроводници не постојат. Постоењето и на најмали примеси од други елементи во структурата на полупроводницитеполуспроводниците, многу ја менува нивната проводливостспроводливост. Зголемувањето на проводливостаспроводливоста на полупроводницитеполуспроводниците под дејство на примесите, се должи на зголемување на бројот на слободни електрони, или на зголемување на бројот на шуплини.

Бидејќи спроводливоста на полуспроводниците може да се менува со контролирано додавање на примеси или со дејствување на електрично поле или светлина, тие се многу корисни уреди за амплификацијазасилување на сигнали и конверзија на енергија. Исто така, денес се и основна градбена единка на компјутерскиот [[хардвер]], сообраќајните показатели, големите телевизиски екрани[[екран]]и, сензори[[Сетилник|сетилници]], радио[[радиоприемник|радиоприемници]], [[радиопредавател]]и, т.нитн.

За да се објаснат својствата на полуспроводниците се осврнуваме кон теоријата на [[квантна физика|квантната физика]] со помош на која се прикажува движењето на електроните низ кристалната решетка на атомот.

=='''Кристална структура на полупроводницитеполуспроводниците'''==

Кога атомите ќе се приближат на блиско растојание , тие се поврзуваат и формираат стабилно цврсто тело, со врски помеѓу соседните атоми. Кај полупроводникотполуспроводникот, тенденцијата на секој атом да формира пополнета надворешна електронска лушпа е задоволена со помош на ковалентна врска. Соседните атоми ги делат електроните како заеднички и се лоцирани најмногу во зоната помеѓу атомите. Ова ковалентно поврзување може да се изведе квантитативно со помош на квантната механика, со решавање на ШредингеровтаШредингеровата равенка. Се добиваат високи вредности за |ψ|2¬ на средината помеѓу јадрата, што значи дека постои голема веројатност поврзувачките електрони да се наоѓаат таму.

Елементите кои се основни полупроводничкиполуспроводнички материјали формираат ковалентни врски. Овие ковалентни кристали се карактеризираат со сјај и тврдина затоа што соседните атоми мора да го задржат правилниот просторен распоред, бидејќи врските се строго насочени должпо линијата што ги поврзува атомите, како и заради големата јачина на парното електронско поврзување.

Најважни елементарни полупроводнициполуспроводници се во IV група на периодниот систем: Јаглеродјаглерод C6 (2p2), силициум Si14 (3p2), германиум Ge32 (4p2) и калај Sn50 (5p2). Елементите во соседните колони B, P, As, Sb, S, Se, Te, I, исто, повеќе или помалку, имаат некои полупроводничкиполуспроводнички особини.

Ако се гледаат елементите од IV група, заедничко им е што имаат 4 електрони во надворешната електронска лушпа (s + p) и имаат 4 празни места (бидејќи можно е пополнување до p6), па овие елементи се четиривалентни и се очекува да имаат слични механизми на поврзување и хемиски особини.

Друга важна група полупроводнициполуспроводници се соединенијата формирани од III и IV група елементи во [[периоден систем на елементите|периодниот систем]]. Најпознати се : GaAs, InSb. Со оглед на тоа што едниот елемент има три празни места, а другиот има пет празни места во валентната лушпа, карактерот на врските е ковалентен, со кристална структура слична на дијамантската, со алтернативни атоми од III, односно IV група. Иако подготовката на овие соединенија за производство на единствен кристал со доволно добар квалитет е потешка отколку кај елементарните полуспроводници, тие имаат дополнителни технички предности.

=='''Општи особини на полупроводницитеполуспроводниците'''==

Главна особина на полупроводницитеполуспроводниците претставува наглата промена на бројот на носители, а со тоа и на електричните особини под влијание на надворешни дејства:

Во зависност од наведените фактори, бројот на носители во полупроводницитеполуспроводниците може да се менува повеќе милиони пати.

При ниски температури, кои се приближни до апсолутна нула, не доаѓа до премин на електроните од пополнета во слободната зона, бидејќи енергијата на електронот од пополнетата зона не е доволна да ја совлада забранетата зона. Тогаш полупроводникотполуспроводникот се однесува како одличен [[диелектрик]], односно [[изолатор]].

Со зголемување на температурата на полупроводникотполуспроводникот, енергијата на електронот се зголемува и се зголемува бројот на електрони кои можат да преминат од забранетата во слободната зона, т.е. се зголемува бројот на носители.

=='''Процеси и проведување во полупроводницитеполуспроводниците'''==

Во отсуство на термичка екситација или надворешна стимулација валентната зона е пополнета, а проводнатаспроводната е празна, односно, ако кристалот е доволно ладен, заштитен од светлина и друго, валентните електрони се вклучени во ковалентните врски и нема слободни електрони во кристалот кој би можеле да се движат. За да се случи проведување мора валентните електрони да преминат во повисоки енергии, но на ниски температури нема расположивирасположливи празни енергетски нивоа во валентната зона, а енергетските нивоа во проводнатаспроводната зона можат да се достигнат само ако електроните добијат енергија поголема од Еg. Јасно е дека ковалентните врски можат да бидат раскинати ако се доведе доволно енергија.

Поврзувањето помеѓу кристалното прикажување и зонското е тоа да минимумот енергија за да се раскине една ковалентна врска е токму Еg. Ковалентните врски можат да се раскинат на различни начини со додавање на надворешна енергија. Ослободениот електрон може да се движи низ материјалот под дејство на применетите полиња, се додека не наиде на друга раскината врска каде ќе биде зафатен за да ја комплетира, односно се рекомбинира и повеќе да не учествува во процесот на проведување. Така, со зголемување на температурата на полупроводникотполуспроводникот од 0 К нагоре, неговите особини се менуваат од изолатор до проводникспроводник.

Кога една ковалентна врска се раскинува испуштајќи еден електрон се појавува вкупен позитивен полнеж поврзан со ковалентна врска, заради отсуството на електронот. Ова би била кристалографска манифестација на празнините, кои беа дискутирани претходно. Ако се примени електрично поле, постои можност еден од електроните од соседните ковалентни врски да се придвижи да ја пополни празнината. Овој процес се повторува така што движењето на електроните предизвикува движење на празнините во правец на електричното поле. Така, празнините се движат како фиктивни позитивни честици. Овој концепт на празнини е погоден заради тоа што е поедноставено да се третира движењето на позитивно наелектризирани честици отколку движењето на врзаните електрони кои се движат по празнините.

=='''Безпримесни полупроводнициполуспроводници'''==

Безпримесни (чисти, интрисичниинтринсични) полупроводнициполуспроводници не се идеално чисти полупроводнициполуспроводници, но се така наречени бидејќи степенот на присуство на нечистотии приближно нема никакво влијание врз електричното однесување на полупроводникотполуспроводникот.

Пример за такви полупроводнициполуспроводници се они составени од атоми само на силициум или само на германиум.

Силициумот (Si) е четиривалентен атом кој образува ковалентни врски со соседните атоми на силициум и генерира регуларна структура која ја нарекуваме кристал. Валентните електрони се во надворешниот електронски слој и тие го одредуваат типот на хемиска врска која ќе се образува ( ковалентна, водородна, јонска, метална, вандервалсоваВандервалсова).

При температура од 0 К, сите електрони се наоѓаат во валентната врска и се дел од ковалентни врски, за разлика од проводнатаспроводната зона каде нема електрони. Од друга страна, на повисоки температури (пр. температура од 300 К), доаѓа до возбудување на електроните од валентната зона, нивен премин на повисоки енергетски нивоа при што овие електрони ја достигнуваат проводнатаспроводната зона и обезбедуваат можност за спроведување на електрична струја. Притоа, Бројотбројот на електрони во проводнатаспроводната зона е еднаков со бројот на празнини (шуплини) кои остануваат во валентната зона.

За разлика од изолаторите, кај полупроводникотполуспроводникот постои конечна веројатност дека на било која температура над 0 К, електрон од валентната зона ќе премине во проводнатаспроводната зона оставајќи едно празно место во валентната зона.

=='''Примесни полупроводнициполуспроводници'''==

Примеси (допанти) се атоми од друг материјал кои во мал процент се додаваат во кристалната решетка на полупроводникотполуспроводникот, со цел да се промени неговата проводностспроводливост и типот на носители кои се одговорни за таа спроводливост.

Најважните примеси кои се додаваат во полупроводницитеполуспроводниците (Si, Ge) се елементите од III-та и IV-та група елементи од периодниот систем. Додавањето на контролирана количина на овие примеси се вика допингување (допирање).

Екстринсичен полупроводникполуспроводник се добива со допингување, односно со внесување на многу мало количество туѓи атоми во еден интристиченинтринсичен полупроводникполуспроводник ( идеално чист полупроводникполуспроводник е една идеализација - и најчистиот полупроводникполуспроводник сепак содржи извесно количество туѓи атоми - таков полупроводникполуспроводник наречен е уште и интринсичен полупроводникполуспроводник или безпримесен полупроводникполуспроводник. Таквиот полупроводникполуспроводник има релативно висок специфичен отпор и воглавноглавно се користи како појдовен материјал за изработка на т.н. екстринсични (допирани, примесни) полупроводнициполуспроводници). Обично се додаваат малку примеси: 1 дел на 1010, до 1 дел на 103.

Примесните полупроводнициполуспроводници се класифицирани во две групи според типот носители кој е доминантен: n – тип Н–тип и p – типП–тип.

==='''n – типН–тип'''===

Ако на сопствениот полупроводникполуспроводник му се додаде контролирано количество на примес од V група (P,As,Sb) материјалот се збогатува со проводниспроводни електрони и тој се нарекува полупроводникполуспроводник од n – типН–тип.

Овие примеси имаат 5 валентнипетвалентни електрони. Петтиот (несврзан) електрон донор (на примесот од nН-тип), не може да оствари ковалентна врска со атом домаќин, па се наоѓа на доста повисоко енергетско ниво одошто четирите останати електрони. Затоа тој може лесно да го напушти донорот, градејќи со тоа позитивен јон. Енергетски се наоѓа под проводнатаспроводната зона и може многу полесно од електронот од валентната зона да помине во проводнатаспроводната зона оставајќи позитивно јонизиран донор.

Ако туѓите атоми имаат поголем број валентни електрони отколку атомите домаќини (4 електрони кај Si и Ge) се работи за екстринсичен полупроводникполуспроводник од тип n, бидејќи сега мнозински носители на товар ќе бидат електроните.

Допирањето со донори всушност во структурата на енергетските зони се одразува со појава на една дополнителна, многу тесна зона на дозволени енергии поставени на ниво наречено донорско ниво. Тоа ниво се наоѓа веднаш под проводнатаспроводната зона.

Основна разлика помеѓу овие механизми и механизмот кај сопствените полупроводнициполуспроводници е што јонизираните примеси остануваат како фиксни позитивни наелектризирани центри во кристалната решетка и не се создаваат празнини. Така Vтата група примеси даваат електрони и се викаат донори. Во шемата на енергетски зони секој донорски атом доведува до појава на ново изолирано донорско ниво ЕD, малку под дното на проводнатаспроводната зона. Така, со воведување на примеси се воведува дискретно енергетско ниво во забранетата зона. На 0 К сите донорски нивоа се пополнети, но на собна температура тие се празни.

Бидејќи на собна температура секој примесен атом дава дополнителен носител, мали концентрации на примеси значајно ја зголемуваат концентрацијата на носители, а со тоа и проводностаспроводливоста. Примесите со атоми на фосфор, арсен или антимон, кои имаат по 5 валентнипетвалентни електрони се користат за донирање во полуспроводниците од nН-тип. Наброените елементи се викаат уште и донори, бидејќи тие даваат електрони во проводнатаспроводната зона.

Спроводливоста на полупроводникотполуспроводникот од N – тип ќе ја објасниме преку пример, т.е. полупроводникотполуспроводникот го вклучуваме во струјното коло преку контактните плочки, така што под дејство на ЕМС на изворот, во него се создава електрично поле со јачина Е. Насоката на полето оди од позитивната кон негативната контактна плочка. Под дејство на силата на електричното поле, слободните електрони ќе се движат во насока спротивна на насоката на полето. Така, во колото ќе протече струја од негативниот кон позитивниот пол на изворот преку полупроводникотполуспроводникот. Спроводливоста на овој полупроводникполуспроводник ќе зависи од бројот на слободните електрони, а тоа значи, од процентот на атомите на арсенот.

Ако го промениме поларитетот на изворот, се менува и насоката на електричното поле. Сега слободните електрони ќе се движат во обратна насока на првиот случај. Јачината на струјата во обата случаи е иста. Од тоа произлегува дека во блокот на полупроводникотполуспроводникот од NН-тип нема појава на исправување на струјата.

==='''P П- тип'''===

ПолупроводницитеПолуспроводниците со мнозинство носители – празнини (шуплини) се нарекува полуспроводник од рП-тип. Тие се добиваат со додавање на примеси од III група (Ba,Al,Ga,In) нa Si или Ge. Три сврзани електрони на акцепторот (примес од рП-тип) свранисврзани се ковалентно со 3 атоми на силициум, додека врската со четвртиот атом Si останува непотполна и одговара на енергетската состојба која се наоѓа над валентната зона. Оваа дозволена состојба може многу полесно (поверојатно) да се исполни со електрон од валентната зона и со тоа да создаде празнина во валентната зона, отколку електрон од валентната зона би поминал во проводнатаспроводната зона оставајќи шуплина. Всушност, над температура од 0 К, електрон од соседните атоми може да го пополни празното електронско место, оставајќи празно место во валентната зона за проведување. Со тоа акцепторот станува негативно наелектризиран и е т.н. јонизиран акцептор.

Спроводливоста на полупроводникотполуспроводникот од PП-тип ќе ја објасниме на следниов начин. Електричното поле што го создава изворот на ЕМС во блокот на германиумот, им дејствува со извесна сила на слободните електрони, кои што се добиени со топлинско раскинување на валентните врски на тој начин, што движејќи се во обратна насока на полето на својот пат тие вршат пополнување на шуплините.

=='''Енергетски влијанија врз својствата на полупроводницитеполуспроводниците'''==

Врз својствата на полупроводницитеполуспроводниците влијаат следните појави:

:#Влијание на деформацијата врз спроводноста спроводливоста;

:#Топлински својства на полупроводницитеполуспроводниците;

:#Влијание на електрични полиња врз спроводностаспроводливоста;

:#ФреквентнаФреквенциска зависност на фотопроводностафотоспроводливоста

:#Зависност на фотопроводливостафотоспроводливоста од интензитетот на осветлувањето

:#Релаксација на фотопроводностафотоспроводливоста

ПроводностаСпроводливоста на тврдите кристални тела какви што се полупроводницитеполуспроводниците трпи промени при промена на меѓуатомските растојанија предизвикани од механички деформации. Притоа се менува и концентрацијата на носителите и нивната подвижност. Концентрацијата може да стане помала и поголема, зависно од промената на ширината на забранетата енергетска зона на кристалот и енергетските нивоа на примесите. Со тоа се менуваат и енергиите на активирање на носителите и нивните ефективни маси. Подвижноста на носителите може да биде променета заради промена на амплитудата на осцилирање на атомите и промена на нивното меѓусебно растојание. Додека кај металите при деформации најмногу се менува подвижноста на носителите (електроните), кај полупроводницитеполуспроводниците пред сесè, се менува концентрацијата заради промена на енергијата на активирање.

Ширината на забранетата зона при доближување на атомите може и да се намалува и да се зголемува. Кај разни полупроводнициполуспроводници иста деформација може да предизвика и зголемување и намалување на проводливостаспроводливоста.

Промената на специфичната електрична проводливостспроводливост при деформација се карактеризира со величината тензочувствителност d што всушност претставува однос на релативната промена на специфичниот електричен отпор спрема релативната промена на релативната деформација.

2.'''Топлински својства на полупроводницитеполуспроводниците:'''

Кај полупроводницитеполуспроводниците топлинската енергија се пренесува и преку слободните носители (електрони и празнини) и преку атомите кои осцилираат околу рамнотежната положба. При собни и повисоки температури проводнитеспроводните материјали подобро водат топлина, додека при ниски температури тие не се разликуваат. Дијамантот подобро проведува топлина од бакарот на високи температури.

Светлинската енергија која ја апсорбира полупроводникотполуспроводникот може да предизвика во него зголемено количество на носители во однос на рамнотежното ниво кое е дефинирано од темпертурататемпературата. Ова доведува до зголемена електрична проводностспроводливост и ова се користи кај фотоотпорниците.

ФотопроводностФотоспроводливост σ е зголемена електрична проводностспроводливост на материјалите под дејство на електромагнетни зрачења. При фотопроводностафотоспроводливоста се манифестира квантната природа на светлината. Бидејќи ширината на забранетата енергетска зона е различна кај разни полупроводнициполуспроводници, фотопроводностафотоспроводливоста се јавува од инфрацрвеното па се до ултравиолетовото подрачје на спектарот.

Фотонапонски ефект е појава на електричен напон на краевите од полупроводникотполуспроводникот (p-n премин) заради апсорпција на светлоста во полуспроводникот. Електроните и празнините кои се создаваат заради апорпцијаапсорпција на светлината може да се разделат преку внатрешниот потенцијал кој постои во осиромашениот p-n премин. Во p-n преминот се смалува внатрешниот потенцијал и таа потенцијална разлика во однос на вредноста при термичка рамнотежа се јавува како фотонапон. Овој фотонапон може да создаде електрична струја во надворешно коло. Според тоа, можно е претворање на светлосната енергија во електрична. Ова е физичка основа на сончевите ќелии (фотоелементи).

5.'''Влијание на електрични полиња врз спроводностаспроводливоста:'''

Јачината на електричното поле кое делува врз полупроводникотполуспроводникот може да влијае врз спроводностаспроводливоста. При слаби јачини на полето до извесна критична вредност важи Омовиот закон, а специфичната електрична проводностспроводливост е независна од јачината на полето. При посилни електрични полинњаполиња расте експоненцијално, при што може да настане разрушување на полупроводникотполуспроводникот. Со пораст на температурата, кривата се поместува нагоре, но наклонот на стрмниот дел е поблаг. При јаки полиња може да настане ефект на судирна јонизација што доведува во одредени услови до разрушување на полупроводникотполуспроводникот.

Диодата е електронска компонента која дозволува проток на електрична струја во една насока без отпор,додека во спротивна насока претставува бесконечен отпор. Затоа кај диодите постои проводнаспроводна и непроводнанеспроводна насока. Може да се смета дека за протекување на струја во проводнатаспроводната насока, диодата има отпорност со вредност приближна на нула, а додека во непроводнатанеспроводната насока отпорноста може да достигне приближно бесконечна вредност.

Диодите воглавно се произведуваат од полупроводничкиполуспроводнички материјали како што се силициум или германиум. Меѓутоа, сеуштесè уште постојат диоди со термојонска емисија, некогаш познати како електронски цевки. Исто како [[електрична светилка|светилката]] со вжарено влакно, така и вакумскитевакуумските цевки имаат конец кој се вжарува кога низ него ќе протече струја. Вжарениот конец во вакуум емитира електрони, а потоа електричен напон помеѓу електроните, придвижувајќи ги електроните од вжарената електрода, кон другата,ладна ладната електрода. Така, текот на електронот од вжарениот конец во вакуум до другата електрода, претставува проток на електрична струја. Загреаната електрода која е извор на електрони, се вика катода, а ладната електрода се вика анода. Повеќето современи диоди се засновани на полупроводничкитеполуспроводничките p-n споеви. Кај полупроводничкитеполуспроводничките диоди струјата тече од p-страна (анодата) кон n -страна (катодата), но не и во спротивна насока како кај вакуумските цевки.

Уредите, кои се направени преку комбинација на два полупроводникаполуспроводника од PП и NН-тип и служат за исправување на наизменичната струја, се нарекуваат полупроводничкиполуспроводнички кристални диоди. Во зависност од конструкцијата на диодите тие можат да бидат точкаститочкести и слојни.

====='''ТочкастаТочкеста диода'''=====

ТочкастаТочкеста диода се изработува од чист германиум, во вид на тенок лист, којшто најпрво се заварува на метална подлога, а потоа се поставува во цилиндар од изолациона маса. Во цилиндарот се воведува тенка спирална жичка од волфрам, платина или злато, со многу тенок врв, кој се заварува со листот од германиумот по електричен пат. За да се создаде PN-спојот, најпрво диодата се оптоварува со нормална јачина на струјата, а потоа се пропуштаат импулси на десетпати појака струја од максимално дозволената. Притоа се развива голема топлина околу точкасѕоточкесто заварената жичка и се формира кратер околу нејзиниот врв. Со помош на дифузија на границата помеѓу P-областа и N-областа се создава PN-спој со мала контакта површина. ТочкастатаТочкестата диода се користи во електрониката за исправување и демодулација на високофреквентни струи со мала моќност. Основен недостаток на точкастататочкестата диода е што, поради малата допирна површина на контактот не можат да се добијат јаки струи. За отклонување на овој недостаток конструирана е слојната диода.

Слојна диода претставува PN-спој и може да биде поларизирана во пропустлива и непропустлива насока. Ако позитивниот пол на изворот е сврзан за P-областа, а негативниот за N-областа од кристалот, диодата ќе биде поларизирана во пропустлива насока. Во тој случај, мал напон предизвикува протекување на многу јака струја. Отпорот на диодата во пропустливата насока е многу мал. Затоа во надорешнотонадворешното коло треба да се вклучи отпорник за да се заштити диодата од пробивање. Во случај позитивниот пол на изворот да е врзан за N-ОБЛАСТА, а негативниот за P-областа, диодата ќе биде поларизирана во непропустлива насока. Струјата во диодата, тогаш има обратна насока и е многу слаба. Со зголемување на напонот, таа малку расте. Оваа струја е наречена инверзна струја, а напонот, на кој е вклучена диодата, се нарекува инверзен напон. Инверзниот напон не смее да се зголемува над една одредена граница, која најчесто за слојната диода изнесува околу 900 V. Ако се пречекори дадената вредност на максималниот инверзен напон, инверзната струја ќе стане толку јака, што едноставно ќе ја разори потенцијалната бариера и ќе дојде до пробивање на PN-спојот и оштетување на диодата.

===='''СветлинскиСветлечки диоди (LED)'''====

Повеќето диоди емитираат зрачење, но тоа не го напушта полупроводникотполуспроводникот и се наоѓа во фреквентенфреквенциски опсег на инфрацрвеното зрачење. Изборот на полупроводничкиотполуспроводничкиот материјалот ја одредува бојата на светлината. Црвената боја одговара на напон од 1.,2 V, а напонот од 2.,4 V одговаранаодговара на биолетоватавиолетовата боја. Денес постојат диоди и за ултравиолетова светлина. Првите светлинскисветлечки диоди биле жолти и црвени, а останатите настанале подоцна. Важно е дека сите светлинскисветлечки диоди се еднобојни.

===='''фото диодаФотодиода'''====

Фото диодатаФотодиодата реагира на појавата на светлина генерирајќи електрична струја. Фото диодитеФотодиодите многу се користат и како соларни или фотонапонски ќелии и во фотометријата. Ако фотонот нема доволно енергија, нема да се возбуди електронот. Дури и светлинските диоди можат да се употребат како фото диодифотодиоди со ниска ефикасност во некои примени. Понекогаш светлинските диоди и фото диодатафотодиодата се спакувани во исто куќиште. Овој уред се нарекува “Опто изолатор” „оптоизолатор“. За разлика од трансформаторот , овој уред дозволува галванско раздвојување на еднонасочен напон. Ова е многу корисно, на пример кај заштитата на пациентите кои се приклучени на медицински уреди. Соларните ќелии се исто така еден вид на фото диодифотодиоди.

ПолупроводницитеПолуспроводниците можат да послужат и за правење на засилувачи на променливи електрични сигнали. Засилувачите се прават со комбинација од еден PП-тип и два NН-типа, или со еден NН-тип и два PП-типа полупроводнициполуспроводници и се наречени полупроводнилкиполуспроводнички триоди или кратко познати како транзистори. Името транзистори доаѓа од англиските зборови TRANSFER RESISTOR, кои во превод значат ''пренослив'', односно транзитен отпор. Принципот на работа на транзисторот први го дале по Втората светска војна, во 1948 год. Барден и Брејтон.

Според својата наментанамена транзисторите се изработувале во повеќе типови, но најширока примена во практиката имаат биполарните транзистори. Според начинот на изработка транзисторите можат да бидат: слојни, еднослојни, со точкаститочкести слоеви, итн. Денес се произведуваат најмногу биполарни слојни транзистори, па затоа и нашето внимание ќе се задржи на овој тип транзистортранзистори.

По својата структура биполарниот транзистор претставува двоедвоен PN-спој, којшто, во зависност од редоследот на полупроводничкиотполуспроводничкиот материјал, може да биде PNP или NPN слоен транзистор.

Соларната ќелија е полупроводничкиполуспроводнички уред кој ја претвара сончевата енергија во електрична енергија со помош на фотоелектричен ефект. Група ќелии формираат соларни модули, познати како соларни панели или фотонапонски плочи.

Како додатен извор на енергија, фотонапонските ќелии можат да се приклучат на електрична мрежа, но засега тоа е неисплатливо. Соларните ќелии често се спојуваат и се затвораат во модули. Фотонапонските модули воглавноглавно имаат стаклена плоча која ја пропушта светлината и во исто време го штити полупроводникотполуспроводникот од природните појави. Соларните ќелии исто така се често споени сериски во модул, создавајќи вкупен напон. Доколку се споени паралелно тогаш се формира поголема струја. Потоа модулите се спојуваат меѓусебно сериски или паралелно или и на двата начина. За да се искористи практично енергијата добиена од сонцето, електрицитетот најчесто се предава на електрична мрежа со употреба на “инвертор”„инвертор“. Во самостојните системи за чување на енергија која моментално не е потребна се користат батерии. Соларните панели можат да се користат за погон или полнење на преносливи уреди.

'''Како работат соларните ќелии??'''

1.Фотоните од сончевата светлина удараатудираат во соларните панели и полупроводничиотполуспроводничиот материјал како силициумот ги апсорбира.

3.Полето на соларни ќелии ја претварапретвора сончевата енергија во употребливо количество на еднонасочна струја.

Иако развојот на полупроводничката полуспроводничката електроника започнува со Ge , со појавата на микролектроникатамикроелектрониката, Si станува најважен полупроводничкиполуспроводнички елемент.

Силициум е најупотребуваниот полупроводничкиполуспроводнички материјал кој е основа во структурата на компјутерскутекомпјутерските чипови и останатиот хардвер. Ултрачистиот силициум може да биде смешан со други елементи за да се прилагоди неговиот електричен одговор со контролирање на бројот и полнежот (позитивен и негативен) на постоечките серии. Таква контрола е потребна за транзисторите, сончевите ќелии, полуспроводнички детектори и други полуспроводнички направи кои се користат во електрониката и другите високотехнолошки апликации.

Силициумот секогаш содржи различни примеси кои, зависно дали нивните нивоа се поблиску до валентната зона или проводнатаспроводната зона, можат да се однесуваат како акцептори или донори. Ова по правило важи за тривалентните (акцепторски) примеси односно петовалентнитепетвалентните (донорски) примеси.

Ако кристалниот силициум се помеша со примес од друг материјал, проводностаспроводливоста на силициумот може да се смени. Силициумот има 4 валентни електрони во највисокиот енергетски слој. Ако на силициумот се додаде мала количина на пример од материјал кој има 5 валентнипетвалентни електрони (фосфор,арсен или друг елемент од 5 група), ќе се појават вишок слободни електрони кои ја зголемуваат проводностаспроводливоста на силициумот. Таквите примеси се викаат донорски примеси, бидејќи тие даваат електрони, а така добиениот силициум се вика нН-тип на силициум, бидејќи има повеќе слободни носители на негативни полнежи отколку празнини.

Ако на силициумот се додаде мала количина на пример од материјал кој има 3 валентнитривалентни електрони (бор, индиум или други елементи од 3татрета група), ќе се појават вишок на шуплини кои на тој начин ја зголемуваат проводностаспроводливоста на силициумот. Таквите примеси се викаат акцепторски примеси бидејќи привлекуваат (примаат) слободни електрони, а така добиениот силициум се нарекува pП-тип на силициум, бидејќи има повеќе слободни носители на позитивен полнеж (шуплини) отколку електрони.

:*Si е значително полесен (2 пати) , што е важно за изработка на лесни склопови.

:*Распространет е , во вид на евтини суровини (SiO3 , кварцен песок)

:*Има 2 пати поголема топлинска проводност спроводливост, што оневозможува локални загревања кај микроелектронските кола

:*Максималната работна температура му е до 200̊̊C200̊̊ C, a за Ge е под 100̊C100̊ C

Силициумот се употребува во :

:-ПолупроводничкитеПолуспроводничките мемории

:-БалистичкиБалистичките кола

:-СончевиСончевите ќелии

Иако развојот на полупроводничкатаполуспроводничката електроника е поврзан со Ge, тој денес се употребува само за изработка на специјални полупроводничкиполуспроводнички направи. Негова посебно добра особина е високата подвижност на носителите, поради што се применува во детекторите на оптички и нуклеарни зраци.

=='''ПолупроводничкиПолуспроводнички соединенија и легури'''==

Заради потребата од полупроводничкиполуспроводнички материјали со сакана големина на енергетски процеп и подвижност на носителите во последните 30 години интензивно се истражува добивањето на монокристални полупроводничкиполуспроводнички соедниненијасоединенија и легури, што доведе до голем напредок во оптоелектрониката и микроелектрониката.

Најважни полупроводничкиполуспроводнички соединенија, кои практично може да се добијат во ултрачисти монокристали и монокристални слоеви без дефетктидефекти, се соединенијата и легурите од тип III-V; Галиум арсенидот (GaAs) и индиум антимонидот (InSb).

Употребата на GaAs е во голема експанзија за изработка на оптоелектронкиоптоелектронски направи, ултрабрзи компјутери и дискретни микробранови направи.

:*Максималната работна температура на GaAs p-n споеви достига 300 ̊ C (додека кај Si е 200 ̊ С), поради значително поголемиот енергетски процеп, односно редуцираната сопствена термичка генерација на парови електрон – празнина;

:*Големината и директниот тип на енергетскиот процеп кај GaAs овозможува негова примена за ласери за разлика од Si кој има индиректниндиректен енергетски процеп.

Во последниве години внимание привлекуваат органските полуспроводници, особено проводнитеспроводните полимери, со особина на контролирано допирање, така што својствата можат да им се менуваат во широки граници од диелектрични до проводниспроводни филмови на полиацетилен (CH)n . Со напарување на донори (алкални метали) или акцептори (халогени елементи) се менува специфичната електрична отпорност од 107 Ωm до 10-5 Ωm. Слично се допираат полипарафенилен, полипарафенилен сулфид, полипирол, политиофен и др.

'''ПолупроводничкиПолуспроводнички суперрешетки:'''

Најчесто користени се суперрешетките кај кои енергетскиот процеп на еден материјал во енергетската скала се наоѓа во енергетскиот процеп на другиот материјал. Доколку слоевите во материјалот со потесен енергетски процеп се тесни во споредба со брановите должини на електроните и празнините, тогаш енергиите на електроните и празнините се квантизирани во правец на суперрешетката. Затоа валентната и проводнатаспроводната зона на полупроводницитеполуспроводниците се разбиваат на подзони. Заради ова доаѓа до ефективно зголемување на енергетскиот процеп Еg2 ( растојание меѓу најниските мини-зони во валентната и проводнатаспроводната зона). Ова особина на променлив ефективен процеп Еg2 зависно од дебелинaта на слојот може да се нарече проектирање на енергетскиот процеп. Суперрешетката може да се разгледува како нов материјал кој се разликува од материјалите од кои е направен. Комерцијалната примена на суперрешетките би била во изработка на ласери и инфрацрвени- детектори.

=='''Постапки за добивање на полупроводниполуспроводни материјали'''==

ПолупроводнитеПолуспроводните материјали од кои се градат полупроводнитеполуспроводните компоненти треба да ги имаат следните својства:

-Потребна е голема перфекција во кристалната структура, односно отсуство на дефекти кои би довеле до појава на дополнителни енергетски нива. Ако на пример во еден p-n преод би се јавила една граница на зрната, исправувачкиот ефект би исчезнал или многу би се намалил. Исто би делувала и зголемена концентрација на дислокации.

При зонското топење, цилиндрично парче од полупроводничкиотполуспроводничкиот материјал се става во графитно садче. ЗавојницаНамотка со високофреквентна струја полека се движи така што го опфаќа садчетосадот заедно со полупроводникотполуспроводникот. Во полупроводникот полуспроводникот се индуцираат Фукоови струи кои предизвикуваат локално топење на полупроводникотполуспроводникот.

При придвижувањето, растопената зона ги повлекува нечистотиите од полупроводникотполуспроводникот, бидејќи во стопениот делтиедел тие полесно се раствораат. ОцврстениотСтврднатиот дел на тој начин се пречистува, а нечистотиите се однесуваат на крајот од шипката

од материјалот, од каде се одстрануваатотстрануваат со отсекување. Постапката треба да се обавиизврши во контролирана атмосфера за да се одбегне загадување кое би дошло од атмосферата. Со едно поминување на грејачот преку полупроводникотполуспроводникот концентрацијата на нечистотии само се намалува, а не се отстранува докрај. Затоа, потребно е постапката да се повтори повеќе пати. Обично тоа се обавуваизвршува на тој начин, што високофреквентниот греачгрејач има повеќе групи навивки на извесно растојание, па истовремено постојат повеќе стопени зони.

Откако се постигне потребната хемиска чистота, потребно е да се обезбеди и потребната кристална совршеност, односно да се добие полупроводникотполуспроводникот во вид на големо парче монокристал.

При оваа метода, полупроводникотполуспроводникот се наоѓа во стопена состојба во сад при температура малку повисока од точката на топење. Мал монокристал наречен “ семе “„семе“ од истиот полупроводникполуспроводник каков се извлекува и ориентиран во саканиот правец, прицврстен е на крајот од едно вретено и ставен во контакт со површината на растопениот полупроводникполуспроводник.

Отпрво се остава семето лесно површински да се растопи со цел да се натопи од сите страни со течниот полупроводникполуспроводник. Притоа преку вретеното се одзема извесно количество топлина, така што ќе започне оцврстувањестврднување на слоевите околу семето во продолжение на кристалните оски, односно ќе почне кристалот да „расте“ или да се „извлекува“. Во ова фаза вретеното се става во многу спора ротација и уште поспоро дигање нагоре, така што секогаш се одржува меѓуспојот цврсто тело - течност во близината на површината.

Ниту самите научници кои работеле на истражувањето на полупроводничкитеполуспроводничките материјали не можеле да замислат калкавоколкаво влијание нивниот труд би оставил врз идните генерации.

Денес поголемиот дел од електронските компоненти и направи не можат да се замислат без полупроводничкитеполуспроводничките материјали, како основни.

ПолупроводничкитеПолуспроводничките материјали ги користиме за производство на интегрирани кола, за изработка на електронски компоненти, ласери, ќелии и за многу други работи без кои денес животот не може да се замисли.

Сите уреди, кои ние ги применуваме во секојдневната употреба, всушност, се состојат од полупроводници полуспроводници, и затоа скоро секој современ уред може да се нарече полупроводничкиполуспроводнички.

За подобро да се разбере зошто полупроводницитеполуспроводниците се толку корисни, накратко објаснавмеобјаснивме некои нивни основни карактеристики, видови на полупроводнициполуспроводници, својства, постапки за добивање и примена во секојдневниот живот.