അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥങ്ങൾ. അർദ്ധചാലകങ്ങൾ - ഭൗതികശാസ്ത്രത്തിലെ ഏകീകൃത സംസ്ഥാന പരീക്ഷയ്ക്ക് തയ്യാറെടുക്കുന്നതിനുള്ള മെറ്റീരിയലുകൾ

വൈദ്യുത ചാലകങ്ങൾക്കൊപ്പം, ലോഹ ചാലകങ്ങളേക്കാൾ ഗണ്യമായി കുറഞ്ഞ വൈദ്യുതചാലകതയുള്ള നിരവധി പദാർത്ഥങ്ങൾ പ്രകൃതിയിൽ ഉണ്ട്. ഇത്തരത്തിലുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളെ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു: സെലിനിയം, സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം തുടങ്ങിയ ചില രാസ ഘടകങ്ങൾ, സൾഫർ സംയുക്തങ്ങൾ, താലിയം സൾഫൈഡ്, കാഡ്മിയം സൾഫൈഡ്, സിൽവർ സൾഫൈഡ്, കാർബൈഡുകൾ, കാർബോറണ്ടം,കാർബൺ (വജ്രം),ബോറോൺ, ഗ്രേ ടിൻ, ഫോസ്ഫറസ്, ആൻ്റിമണി, ആർസെനിക്, ടെല്ലൂറിയം, അയോഡിൻ, ആവർത്തന വ്യവസ്ഥയുടെ 4-7 ഗ്രൂപ്പുകളുടെ മൂലകങ്ങളിൽ ഒന്നെങ്കിലും ഉൾപ്പെടുന്ന നിരവധി സംയുക്തങ്ങൾ. ജൈവ അർദ്ധചാലകങ്ങളുമുണ്ട്.

ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ വൈദ്യുതചാലകതയുടെ സ്വഭാവം അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാന മെറ്റീരിയലിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങളുടെ തരത്തെയും അതിൻ്റെ ഘടകങ്ങളുടെ നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യയെയും ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു.

ഒരു അർദ്ധചാലകം 10 -10 - 10 4 (ഓം x cm) -1 ഉള്ള ഒരു പദാർത്ഥമാണ്, ഇത് ഈ ഗുണങ്ങൾ അനുസരിച്ച് ഒരു കണ്ടക്ടറിനും ഇൻസുലേറ്ററിനും ഇടയിലാണ്. ബാൻഡ് സിദ്ധാന്തമനുസരിച്ച് കണ്ടക്ടറുകൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, ഇൻസുലേറ്ററുകൾ എന്നിവ തമ്മിലുള്ള വ്യത്യാസം ഇപ്രകാരമാണ്: ശുദ്ധമായ അർദ്ധചാലകങ്ങളിലും ഇലക്ട്രോണിക് ഇൻസുലേറ്ററുകളിലും, നിറച്ച ബാൻഡും (വാലൻസ്) ചാലക ബാൻഡും തമ്മിൽ ഒരു ഊർജ്ജ വിടവ് ഉണ്ട്.

എന്തുകൊണ്ടാണ് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ കറൻ്റ് നടത്തുന്നത്?

ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിന് അതിൻ്റെ അശുദ്ധ ആറ്റങ്ങളിലെ ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഈ ആറ്റങ്ങളുടെ ന്യൂക്ലിയസുമായി താരതമ്യേന ദുർബലമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ അതിന് ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകതയുണ്ട്. ഇത്തരത്തിലുള്ള ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൽ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടാൽ, ഈ ഫീൽഡിൻ്റെ ശക്തികളുടെ സ്വാധീനത്തിൽ, അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ അശുദ്ധ ആറ്റങ്ങളുടെ പുറം ഇലക്ട്രോണുകൾ അവയുടെ ആറ്റങ്ങളുടെ പരിധി വിട്ട് സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകളായി മാറും.

സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണുകൾ വൈദ്യുത മണ്ഡല ശക്തികളുടെ സ്വാധീനത്തിൽ അർദ്ധചാലകത്തിൽ ഒരു വൈദ്യുതചാലക പ്രവാഹം സൃഷ്ടിക്കും. തൽഫലമായി, ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകതയുള്ള അർദ്ധചാലകങ്ങളിലെ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ സ്വഭാവം ലോഹ കണ്ടക്ടറുകളിലേതിന് സമാനമാണ്. എന്നാൽ ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ യൂണിറ്റ് വോള്യത്തിൽ ഒരു ലോഹ ചാലകത്തിൻ്റെ യൂണിറ്റ് വോള്യത്തേക്കാൾ പലമടങ്ങ് ഫ്രീ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉള്ളതിനാൽ, മറ്റെല്ലാ സമാന സാഹചര്യങ്ങളിലും, ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിലെ കറൻ്റ് ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൽ ഉള്ളതിനേക്കാൾ പലമടങ്ങ് കുറവായിരിക്കും. മെറ്റൽ കണ്ടക്ടർ.

ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിന് "ദ്വാരം" ചാലകതയുണ്ട്, അതിൻ്റെ അശുദ്ധമായ ആറ്റങ്ങൾ അവയുടെ ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോണുകളെ ഉപേക്ഷിക്കുന്നില്ല എന്ന് മാത്രമല്ല, മറിച്ച്, അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ പ്രധാന പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്ന് ഇലക്ട്രോണുകളെ പിടിച്ചെടുക്കാൻ പ്രവണത കാണിക്കുന്നു. ഒരു അശുദ്ധ ആറ്റം പ്രധാന പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഒരു ഇലക്ട്രോൺ എടുക്കുകയാണെങ്കിൽ, രണ്ടാമത്തേതിൽ ഇലക്ട്രോണിന് ഒരു സ്വതന്ത്ര ഇടം പോലെയുള്ള ഒന്ന് രൂപം കൊള്ളുന്നു - ഒരു "ദ്വാരം".

ഒരു ഇലക്ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെട്ട ഒരു അർദ്ധചാലക ആറ്റത്തെ "ഇലക്ട്രോൺ ഹോൾ" അല്ലെങ്കിൽ ഒരു "ദ്വാരം" എന്ന് വിളിക്കുന്നു. "ദ്വാരം" ഒരു അയൽ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്ന ഒരു ഇലക്ട്രോൺ കൊണ്ട് നിറഞ്ഞിട്ടുണ്ടെങ്കിൽ, അത് ഇല്ലാതാക്കുകയും ആറ്റം വൈദ്യുതപരമായി നിഷ്പക്ഷമാവുകയും ഇലക്ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെട്ട അയൽ ആറ്റത്തിലേക്ക് "ദ്വാരം" സ്ഥാനചലനം നടത്തുകയും ചെയ്യുന്നു. തൽഫലമായി, "ദ്വാരം" ചാലകതയുള്ള ഒരു അർദ്ധചാലകത്തെ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിലേക്ക് തുറന്നുകാട്ടുകയാണെങ്കിൽ, "ഇലക്ട്രോൺ ദ്വാരങ്ങൾ" ഈ ഫീൽഡിൻ്റെ ദിശയിലേക്ക് മാറും.

പക്ഷപാതം വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ദിശയിലുള്ള "ഇലക്ട്രോൺ ദ്വാരങ്ങൾ" ഫീൽഡിലെ പോസിറ്റീവ് ഇലക്ട്രിക് ചാർജുകളുടെ ചലനത്തിന് സമാനമാണ്, അതിനാൽ അർദ്ധചാലകത്തിലെ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ പ്രതിഭാസത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളെ അവയുടെ വൈദ്യുതചാലകതയുടെ മെക്കാനിസത്താൽ കർശനമായി വേർതിരിച്ചറിയാൻ കഴിയില്ല, കാരണം"ദ്വാരം" ചാലകതയിൽ, ഒരു നിശ്ചിത അർദ്ധചാലകത്തിന് ഒരു ഡിഗ്രി അല്ലെങ്കിൽ മറ്റൊന്ന് ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത ഉണ്ടായിരിക്കാം.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ സവിശേഷതകൾ ഇവയാണ്:

ചാലകതയുടെ തരം (ഇലക്ട്രോണിക് - എൻ-തരം, ദ്വാരം - പി-തരം);

പ്രതിരോധശേഷി;

ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ ജീവിതകാലം (ന്യൂനപക്ഷം) അല്ലെങ്കിൽ ഡിഫ്യൂഷൻ ദൈർഘ്യം, ഉപരിതല പുനഃസംയോജന നിരക്ക്;

സ്ഥാനഭ്രംശ സാന്ദ്രത.

ഏറ്റവും സാധാരണമായ അർദ്ധചാലക വസ്തുവാണ് സിലിക്കൺ

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ സവിശേഷതകളിൽ താപനിലയ്ക്ക് കാര്യമായ സ്വാധീനമുണ്ട്. അതിലെ വർദ്ധനവ് പ്രധാനമായും പ്രതിരോധശേഷി കുറയുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, തിരിച്ചും, അതായത് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ നെഗറ്റീവ് സാന്നിധ്യത്താൽ സവിശേഷതയാണ്. . കേവല പൂജ്യത്തിനടുത്തായി, ഒരു അർദ്ധചാലകം ഒരു ഇൻസുലേറ്ററായി മാറുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളാണ് പല ഉപകരണങ്ങളുടെയും അടിസ്ഥാനം. മിക്ക കേസുകളിലും അവ ഒറ്റ പരലുകളുടെ രൂപത്തിൽ ലഭിക്കണം. നിർദ്ദിഷ്ട ഗുണങ്ങൾ നൽകാൻ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ വിവിധ മാലിന്യങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് ഡോപ്പ് ചെയ്യുന്നു. ഉറവിട അർദ്ധചാലക സാമഗ്രികളുടെ പരിശുദ്ധിയിൽ വർദ്ധിച്ച ആവശ്യകതകൾ സ്ഥാപിക്കപ്പെടുന്നു.

ആധുനിക സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ഏറ്റവും വിപുലമായ പ്രയോഗം കണ്ടെത്തി; സാങ്കേതിക പുരോഗതിയിൽ അവ വളരെ ശക്തമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തിയിട്ടുണ്ട്. അവർക്ക് നന്ദി, ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ ഭാരവും അളവുകളും ഗണ്യമായി കുറയ്ക്കാൻ സാധിക്കും. ഇലക്ട്രോണിക്സിൻ്റെ എല്ലാ മേഖലകളുടെയും വികസനം അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള വിവിധ ഉപകരണങ്ങളുടെ ഒരു വലിയ സംഖ്യ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും ഇടയാക്കുന്നു. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ മൈക്രോസെല്ലുകൾ, മൈക്രോമോഡ്യൂളുകൾ, സോളിഡ്-സ്റ്റേറ്റ് സർക്യൂട്ടുകൾ മുതലായവയുടെ അടിസ്ഥാനമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങൾ പ്രായോഗികമായി ജഡത്വരഹിതമാണ്. ശ്രദ്ധാപൂർവ്വം നിർമ്മിച്ചതും നന്നായി അടച്ചതുമായ ഒരു അർദ്ധചാലക ഉപകരണം പതിനായിരക്കണക്കിന് മണിക്കൂർ നീണ്ടുനിൽക്കും. എന്നിരുന്നാലും, ചില അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കൾക്ക് കുറഞ്ഞ താപനില പരിധി ഉണ്ട് (ഉദാഹരണത്തിന്, ജെർമേനിയം), എന്നാൽ വളരെ സങ്കീർണ്ണമായ താപനില നഷ്ടപരിഹാരം അല്ലെങ്കിൽ ഉപകരണത്തിൻ്റെ പ്രധാന മെറ്റീരിയൽ മറ്റൊന്ന് (ഉദാഹരണത്തിന്, സിലിക്കൺ, സിലിക്കൺ കാർബൈഡ്) ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് ഈ പോരായ്മയെ വലിയ തോതിൽ ഇല്ലാതാക്കുന്നു. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ നിർമ്മാണ സാങ്കേതികവിദ്യ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നത് നിലവിലുള്ള ചിതറിക്കിടക്കുന്നതും പരാമീറ്ററുകളുടെ അസ്ഥിരതയും കുറയ്ക്കുന്നതിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ട അർദ്ധചാലക-ലോഹ സമ്പർക്കവും ഇലക്ട്രോൺ-ഹോൾ ജംഗ്ഷനും (n-p ജംഗ്ഷൻ) അർദ്ധചാലക ഡയോഡുകളുടെ നിർമ്മാണത്തിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഇരട്ട ജംഗ്ഷനുകൾ (p-n-p അല്ലെങ്കിൽ n-p-n) - ട്രാൻസിസ്റ്ററുകളും തൈറിസ്റ്ററുകളും. ഈ ഉപകരണങ്ങൾ പ്രധാനമായും വൈദ്യുത സിഗ്നലുകൾ ശരിയാക്കുന്നതിനും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും ഉപയോഗിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് ഗുണങ്ങളെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഫോട്ടോറെസിസ്റ്ററുകൾ, ഫോട്ടോഡയോഡുകൾ, ഫോട്ടോട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ എന്നിവ സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു. അർദ്ധചാലകം ആന്ദോളന ജനറേറ്ററുകളുടെ (ആംപ്ലിഫയറുകൾ) സജീവ ഭാഗമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു. ഫോർവേഡ് ദിശയിൽ ഒരു പിഎൻ ജംഗ്ഷനിലൂടെ വൈദ്യുത പ്രവാഹം കടന്നുപോകുമ്പോൾ, ചാർജ് കാരിയറുകൾ - ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും - എൽഇഡികൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്ന ഫോട്ടോണുകളുടെ ഉദ്വമനവുമായി വീണ്ടും സംയോജിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ തെർമോ ഇലക്ട്രിക് പ്രോപ്പർട്ടികൾ അർദ്ധചാലക താപ പ്രതിരോധം, അർദ്ധചാലക തെർമോലെമെൻ്റുകൾ, തെർമോപൈലുകൾ, തെർമോ ഇലക്ട്രിക് ജനറേറ്ററുകൾ, പെൽറ്റിയർ ഇഫക്റ്റിനെ അടിസ്ഥാനമാക്കി അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ തെർമോ ഇലക്ട്രിക് കൂളിംഗ് - തെർമോഇലക്ട്രിക് റഫ്രിജറേറ്ററുകളും തെർമോസ്റ്റാബിലൈസറുകളും സൃഷ്ടിക്കുന്നത് സാധ്യമാക്കി.

തെർമൽ, സൗരോർജ്ജം വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്ന യന്ത്രമില്ലാത്ത കൺവെർട്ടറുകളിൽ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നു - തെർമോ ഇലക്ട്രിക് ജനറേറ്ററുകൾ, ഫോട്ടോ ഇലക്ട്രിക് കൺവെർട്ടറുകൾ (സോളാർ ബാറ്ററികൾ).

ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിൽ പ്രയോഗിക്കുന്ന മെക്കാനിക്കൽ സമ്മർദ്ദം അതിൻ്റെ വൈദ്യുത പ്രതിരോധം മാറ്റുന്നു (ഫലം ലോഹങ്ങളേക്കാൾ ശക്തമാണ്), ഇത് അർദ്ധചാലക സ്‌ട്രെയിൻ ഗേജിൻ്റെ അടിസ്ഥാനമായിരുന്നു.

അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ലോക പ്രയോഗത്തിൽ വ്യാപകമായിത്തീർന്നു, ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ വിപ്ലവം സൃഷ്ടിച്ചു; ഇവയുടെ വികസനത്തിനും ഉൽപാദനത്തിനും അടിസ്ഥാനമായി അവ പ്രവർത്തിക്കുന്നു:

അളക്കുന്ന ഉപകരണങ്ങൾ, കമ്പ്യൂട്ടറുകൾ,

എല്ലാത്തരം ആശയവിനിമയങ്ങൾക്കും ഗതാഗതത്തിനുമുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ,

വ്യവസായത്തിലെ പ്രക്രിയ ഓട്ടോമേഷനായി,

ശാസ്ത്രീയ ഗവേഷണത്തിനുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ,

റോക്കറ്റ് സാങ്കേതികവിദ്യ,

ചികിത്സാ ഉപകരണം

മറ്റ് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളും ഉപകരണങ്ങളും.

അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ ഉപയോഗം പുതിയ ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും പഴയവ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിനും സാധ്യമാക്കുന്നു, അതിനർത്ഥം അതിൻ്റെ അളവുകൾ, ഭാരം, വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം, അതിനാൽ സർക്യൂട്ടിലെ താപ ഉൽപാദനത്തിലെ കുറവ്, ശക്തിയുടെ വർദ്ധനവ്, പ്രവർത്തനത്തിനുള്ള ഉടനടി സന്നദ്ധത. കൂടാതെ ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ സേവന ജീവിതവും വിശ്വാസ്യതയും വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയും.

ചരിത്രപരമായ വിവരങ്ങൾ

അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഒരു പ്രത്യേക ക്ലാസ് എന്ന നിലയിൽ, പത്തൊൻപതാം നൂറ്റാണ്ടിൻ്റെ അവസാനം മുതൽ അറിയപ്പെടുന്നു, സോളിഡ് സ്റ്റേറ്റ് സിദ്ധാന്തത്തിൻ്റെ വികസനം മാത്രമാണ് അവ കണ്ടെത്തുന്നതിന് വളരെ മുമ്പുതന്നെ അവയുടെ സവിശേഷതകൾ മനസ്സിലാക്കാൻ സാധിച്ചത്:

1. ലോഹ-അർദ്ധചാലക കോൺടാക്റ്റിലെ കറൻ്റ് റെക്റ്റിഫിക്കേഷൻ്റെ പ്രഭാവം

2. ഫോട്ടോകണ്ടക്ടിവിറ്റി.

അവയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ആദ്യ ഉപകരണങ്ങൾ നിർമ്മിച്ചു.

O. V. Losev (1923) ആന്ദോളനങ്ങൾ (ക്രിസ്റ്റൽ ഡിറ്റക്ടർ) വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനും സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും അർദ്ധചാലക-മെറ്റൽ കോൺടാക്റ്റുകൾ ഉപയോഗിക്കുന്നതിനുള്ള സാധ്യത തെളിയിച്ചു. എന്നിരുന്നാലും, തുടർന്നുള്ള വർഷങ്ങളിൽ, ക്രിസ്റ്റൽ ഡിറ്റക്ടറുകൾ ഇലക്ട്രോൺ ട്യൂബുകൾ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിച്ചു, 50 കളുടെ തുടക്കത്തിൽ, ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ (യുഎസ്എ 1949) കണ്ടുപിടിച്ചതോടെ, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ (പ്രധാനമായും റേഡിയോ ഇലക്ട്രോണിക്സിൽ ജെർമേനിയവും സിലിക്കണും) വ്യാപകമായ ഉപയോഗം ആരംഭിച്ചു. അതേ സമയം, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള തീവ്രമായ പഠനം ആരംഭിച്ചു, ഇത് പരലുകൾ വൃത്തിയാക്കുന്നതിനും ഡോപ്പ് ചെയ്യുന്നതിനുമുള്ള രീതികൾ മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നതിലൂടെ സുഗമമാക്കി (അർദ്ധചാലകത്തിലേക്ക് ചില മാലിന്യങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നു).

സോവിയറ്റ് യൂണിയനിൽ, അർദ്ധചാലകങ്ങളെക്കുറിച്ചുള്ള പഠനം 20 കളുടെ അവസാനത്തിൽ A.F ൻ്റെ നേതൃത്വത്തിൽ ആരംഭിച്ചു. USSR അക്കാദമി ഓഫ് സയൻസസിൻ്റെ ഫിസിക്കോ-ടെക്നിക്കൽ ഇൻസ്റ്റിറ്റ്യൂട്ടിലെ Ioffe.

അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ ഉത്തേജിതമായ ഉദ്വമനം കണ്ടെത്തിയതിനാൽ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഒപ്റ്റിക്കൽ ഗുണങ്ങളിലുള്ള താൽപ്പര്യം വർദ്ധിച്ചു, ഇത് അർദ്ധചാലക ലേസറുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിലേക്ക് നയിച്ചു, ആദ്യം p-n ജംഗ്ഷനിലും പിന്നീട് ഹെറ്ററോജംഗ്ഷനുകളിലും.

അടുത്തിടെ, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പ്രവർത്തനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ഉപകരണങ്ങൾ കൂടുതൽ വ്യാപകമാണ്. ഈ പദാർത്ഥങ്ങൾ താരതമ്യേന അടുത്തിടെ പഠിക്കാൻ തുടങ്ങി, പക്ഷേ ആധുനിക ഇലക്ട്രോണിക്സിനോ വൈദ്യശാസ്ത്രത്തിനോ മറ്റ് പല ശാസ്ത്രങ്ങൾക്കും അവയില്ലാതെ ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ

അർദ്ധചാലകങ്ങൾ- പ്രത്യേക വൈദ്യുതചാലകതയുടെ മൂല്യങ്ങളാൽ സവിശേഷമായ ഒരു വിശാലമായ ക്ലാസ് പദാർത്ഥങ്ങൾ, ലോഹങ്ങളുടെയും നല്ല വൈദ്യുതചാലകതയുടെയും ഇടയിലുള്ള പരിധിയിൽ കിടക്കുന്നു, അതായത്, ഈ പദാർത്ഥങ്ങളെ വൈദ്യുതചാലകങ്ങളായി വർഗ്ഗീകരിക്കാൻ കഴിയില്ല (അവ നല്ലതല്ലാത്തതിനാൽ ഇൻസുലേറ്ററുകൾ) അല്ലെങ്കിൽ ലോഹങ്ങൾ (അവ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ നല്ല കണ്ടക്ടറുകളല്ല). ഉദാഹരണത്തിന്, അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ ജെർമേനിയം, സിലിക്കൺ, സെലിനിയം, ടെല്ലൂറിയം, അതുപോലെ ചില ഓക്സൈഡുകൾ, സൾഫൈഡുകൾ, ലോഹങ്ങളുടെ അലോയ്കൾ എന്നിവ ഉൾപ്പെടുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ശാസ്ത്രജ്ഞരിൽ നിന്നും എഞ്ചിനീയർമാരിൽ നിന്നും വളരെക്കാലമായി ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചിട്ടില്ല. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഭൗതിക ഗുണങ്ങളെക്കുറിച്ച് ആദ്യമായി ചിട്ടയായ ഗവേഷണം ആരംഭിച്ചവരിൽ ഒരാളാണ് മികച്ച സോവിയറ്റ് ഭൗതികശാസ്ത്രജ്ഞനായ അബ്രാം ഫെഡോറോവിച്ച് ഇയോഫ്. അർദ്ധചാലകങ്ങൾ നിരവധി ശ്രദ്ധേയമായ ഗുണങ്ങളുള്ള ഒരു പ്രത്യേക തരം പരലുകൾ ആണെന്ന് അദ്ദേഹം കണ്ടെത്തി:

1) താപനില കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പ്രതിരോധശേഷി കുറയുന്നു, ലോഹങ്ങളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അവയുടെ പ്രതിരോധം വർദ്ധിക്കുന്നു. മാത്രമല്ല, ചട്ടം പോലെ, വിശാലമായ താപനില പരിധിയിൽ, ഈ വർദ്ധനവ് ക്രമാതീതമായി സംഭവിക്കുന്നു:

d = dо ∙ exp. (-ea/kT)

ഇവിടെ ea എന്നത് ചാലക സജീവമാക്കൽ ഊർജ്ജം എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നു,

dо - താപനിലയെ ആശ്രയിച്ച് ഗുണകം

വെളിച്ചത്തിലോ ശക്തമായ ഇലക്‌ട്രോണിക് ഫീൽഡുകളിലോ സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ പ്രതിരോധശേഷി കുറഞ്ഞേക്കാം.

2) രണ്ട് അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ സമ്പർക്കത്തിൻ്റെ വൺ-വേ ചാലകതയുടെ സ്വത്ത്. വിവിധ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങളുടെ സൃഷ്ടിയിൽ ഈ സ്വത്താണ് ഉപയോഗിക്കുന്നത്: ഡയോഡുകൾ, ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, തൈറിസ്റ്ററുകൾ മുതലായവ.

3) പ്രകാശിപ്പിക്കുമ്പോഴോ ചൂടാക്കുമ്പോഴോ ചില വ്യവസ്ഥകളിൽ വിവിധ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ സമ്പർക്കങ്ങൾ ഫോട്ടോ-ഇയുടെ ഉറവിടങ്ങളാണ്. ഡി.എസ്. അല്ലെങ്കിൽ, അതനുസരിച്ച്, തെർമോ-ഇ. ഡി.എസ്.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഘടനയും അവയുടെ പ്രവർത്തന തത്വവും.

ഇതിനകം സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ പരലുകളുടെ ഒരു പ്രത്യേക വിഭാഗമാണ്. വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾ സാധാരണ കോവാലൻ്റ് ബോണ്ടുകൾ ഉണ്ടാക്കുന്നു, ചിത്രം 1 ൽ സ്കീമാറ്റിക്കായി കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. അത്തരമൊരു അനുയോജ്യമായ അർദ്ധചാലകം വൈദ്യുത പ്രവാഹം നടത്തുന്നില്ല (ലൈറ്റിംഗിൻ്റെയും റേഡിയേഷൻ എക്സ്പോഷറിൻ്റെയും അഭാവത്തിൽ).

നോൺകണ്ടക്ടറുകളിലേതുപോലെ, അർദ്ധചാലകങ്ങളിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ആറ്റങ്ങളുമായി ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു, എന്നാൽ ഈ ബോണ്ട് വളരെ ദുർബലമാണ്. താപനില ഉയരുമ്പോൾ

(T>0 K), പ്രകാശം അല്ലെങ്കിൽ വികിരണത്തിന് കീഴിൽ, ഇലക്ട്രോണിക് ബോണ്ടുകൾ തകർക്കാൻ കഴിയും, അത് ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ വേർതിരിക്കുന്നതിലേക്ക് നയിക്കും (ചിത്രം 2). അത്തരമൊരു ഇലക്ട്രോൺ ഒരു നിലവിലെ കാരിയർ ആണ്. അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ ഉയർന്ന താപനില, ചാലക ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രത, അതിനാൽ, പ്രതിരോധശേഷി കുറയുന്നു. അങ്ങനെ, ചൂടാക്കുമ്പോൾ അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ പ്രതിരോധം കുറയുന്നത് അതിലെ നിലവിലെ കാരിയറുകളുടെ സാന്ദ്രതയിലെ വർദ്ധനവാണ്.

കണ്ടക്ടറുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, അർദ്ധചാലക പദാർത്ഥങ്ങളിലെ നിലവിലെ വാഹകർ ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമല്ല, "ദ്വാരങ്ങളും" ആകാം. അർദ്ധചാലക ആറ്റങ്ങളിലൊന്ന് ഇലക്ട്രോൺ നഷ്ടപ്പെടുമ്പോൾ, അതിൻ്റെ ഭ്രമണപഥത്തിൽ ഒരു ശൂന്യമായ ഇടം നിലനിൽക്കും - ഒരു "ദ്വാരം"; ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം ക്രിസ്റ്റലിൽ പ്രയോഗിക്കുമ്പോൾ, പോസിറ്റീവ് ചാർജായി "ദ്വാരം" വെക്റ്റർ E ലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, ഇത് യഥാർത്ഥത്തിൽ സംഭവിക്കുന്നു. ചില ബന്ധങ്ങൾ തകർക്കുന്നതിനും മറ്റുള്ളവ പുനഃസ്ഥാപിക്കുന്നതിനും. ഒരു "ദ്വാരം" പരമ്പരാഗതമായി പോസിറ്റീവ് ചാർജ് വഹിക്കുന്ന ഒരു കണമായി കണക്കാക്കാം.

അശുദ്ധി ചാലകത .

ഒരേ അർദ്ധചാലകത്തിന് ഒന്നുകിൽ ഉണ്ട് ഇലക്ട്രോണിക്,അഥവാ ദ്വാരംചാലകത - ഇത് അവതരിപ്പിച്ച മാലിന്യങ്ങളുടെ രാസഘടനയെ ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ വൈദ്യുതചാലകതയിൽ മാലിന്യങ്ങൾ ശക്തമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്നു:

ഉദാഹരണത്തിന്, മാലിന്യങ്ങളുടെ ആയിരത്തിലൊന്ന് ശതമാനവും ലക്ഷക്കണക്കിന് തവണ ആകാം

അവരുടെ പ്രതിരോധം കുറയ്ക്കുക. ഈ വസ്തുത, ഒരു വശത്ത്, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഗുണവിശേഷതകൾ മാറ്റുന്നതിനുള്ള സാധ്യതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു; മറുവശത്ത്, നൽകിയിരിക്കുന്ന സവിശേഷതകളുള്ള അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളുടെ നിർമ്മാണത്തിലെ സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ബുദ്ധിമുട്ടുകൾ ഇത് സൂചിപ്പിക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ വൈദ്യുതചാലകതയിൽ മാലിന്യങ്ങളുടെ സ്വാധീനത്തിൻ്റെ സംവിധാനം പരിഗണിക്കുമ്പോൾ, രണ്ട് കേസുകൾ പരിഗണിക്കണം:

ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത .

ആർസെനിക് അല്ലെങ്കിൽ ആൻ്റിമണി പോലെയുള്ള ജെർമേനിയത്തിൽ ഇലക്ട്രോൺ സമ്പുഷ്ടമായ മാലിന്യങ്ങൾ ചേർക്കുന്നത് ഒരു അർദ്ധചാലകം സാധ്യമാക്കുന്നു ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത അല്ലെങ്കിൽ n-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകം (ലാറ്റിൻ പദത്തിൽ നിന്ന് "നെഗറ്റിവസ്" - "നെഗറ്റീവ്").

ചിത്രത്തിൽ. ചിത്രം 3a, 0 K ലെ ഇലക്ട്രോൺ ബോണ്ടുകളുടെ ചിത്രം സ്കീമാറ്റിക് ആയി കാണിക്കുന്നു. ആർസെനിക്കിൻ്റെ വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകളിൽ ഒന്ന് മറ്റ് ആറ്റങ്ങളുമായുള്ള ബോണ്ടുകളിൽ പങ്കെടുക്കുന്നില്ല. ഊഷ്മാവ് കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് ഒരു ഇലക്ട്രോൺ വലിച്ചുകീറാൻ കഴിയും (ചിത്രം 3 ബി കാണുക) അതുവഴി ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത സൃഷ്ടിക്കുന്നു.

അത്തരം വൈദ്യുതചാലകത സൃഷ്ടിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങളെ ദാതാക്കൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ദ്വാര ചാലകത

അതേ ജെർമേനിയത്തിലേക്ക് അലുമിനിയം, ഗാലിയം അല്ലെങ്കിൽ ഇൻഡിയം എന്നിവ ചേർക്കുന്നത് ക്രിസ്റ്റലിൽ അധിക ദ്വാരങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നു. അപ്പോൾ അർദ്ധചാലകമുണ്ടാകും ദ്വാര ചാലകത - പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകം.

പ്രധാന ആറ്റങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് വാലൻസ് ഇലക്ട്രോണുകൾ കുറവുള്ള ആറ്റങ്ങളാണ് ഹോൾ അശുദ്ധി വൈദ്യുതചാലകത സൃഷ്ടിക്കുന്നത്. ചിത്രത്തിൽ. ഒരു ബോറോൺ അശുദ്ധിയുള്ള ജെർമേനിയത്തിൻ്റെ ഇലക്ട്രോണിക് കണക്ഷനുകൾ ചിത്രം 4 സ്കീമാറ്റിക്കായി കാണിക്കുന്നു. 0 K-ൽ, എല്ലാ ബോണ്ടുകളും പൂർത്തിയായി, ബോറോണിന് മാത്രം ഒരു ബോണ്ട് ഇല്ല (ചിത്രം 4a കാണുക). എന്നിരുന്നാലും, വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന താപനിലയിൽ, അയൽ ആറ്റങ്ങളിൽ നിന്നുള്ള ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചെലവിൽ ബോറോണിന് അതിൻ്റെ ബോണ്ടുകളെ പൂരിതമാക്കാൻ കഴിയും (ചിത്രം 4 ബി കാണുക).

അത്തരം മാലിന്യങ്ങളെ സ്വീകരിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ദ്രാവക അർദ്ധചാലകങ്ങൾ

പല ക്രിസ്റ്റലിൻ അർദ്ധചാലകങ്ങളും ഉരുകുന്നത് അവയുടെ വൈദ്യുതചാലകത Q-യിൽ ലോഹങ്ങളുടെ സാധാരണ മൂല്യങ്ങളിലേക്ക് കുത്തനെ വർദ്ധനവുണ്ടാക്കുന്നു (ചിത്രം 5a കാണുക). എന്നിരുന്നാലും, നിരവധി അർദ്ധചാലകങ്ങൾ (ഉദാഹരണത്തിന്, HgSe, HgTe, മുതലായവ) ഉരുകുന്ന സമയത്ത് Q സംരക്ഷിക്കുകയോ കുറയുകയോ ചെയ്യുന്നതിൻ്റെ സവിശേഷതയാണ്, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ Q-യുടെ താപനില ആശ്രിതത്വത്തിൻ്റെ സ്വഭാവം നിലനിർത്തുന്നു (ചിത്രം 5b കാണുക). ചില ലിക്വിഡ് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, താപനിലയിൽ കൂടുതൽ വർദ്ധനവോടെ, അവയുടെ അർദ്ധചാലക ഗുണങ്ങൾ നഷ്ടപ്പെടുകയും ലോഹ ഗുണങ്ങൾ നേടുകയും ചെയ്യുന്നു (ഉദാഹരണത്തിന്, Te - Se അലോയ്കൾ, Te അലോയ്കൾ). സെയിൽ സമ്പന്നമായ Te - Se അലോയ്കൾ വ്യത്യസ്തമായി പ്രവർത്തിക്കുന്നു; അവയുടെ വൈദ്യുതചാലകത പൂർണ്ണമായും അർദ്ധചാലക സ്വഭാവമാണ്.

ദ്രാവക അർദ്ധചാലകങ്ങളിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഊർജ്ജ സ്പെക്ട്രത്തിലെ സംസ്ഥാനങ്ങളുടെ ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ സാന്ദ്രതയ്ക്ക് സമീപമുള്ള ഊർജ്ജ മേഖലയാണ് ബാൻഡ് വിടവിൻ്റെ പങ്ക് വഹിക്കുന്നത്.

മിനിമം വേണ്ടത്ര ആഴമേറിയതാണെങ്കിൽ, കുറഞ്ഞ ചലനശേഷിയുള്ള (സ്യൂഡോഗാപ്പ്) ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ ഏതാണ്ട് പ്രാദേശികവൽക്കരിച്ച അവസ്ഥകളുടെ ഒരു സോൺ അതിൻ്റെ പരിസരത്ത് ദൃശ്യമാകും. ഊഷ്മാവ് കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച് സ്യൂഡോഗാപ്പുകൾ "തകർച്ച" ആണെങ്കിൽ, ദ്രാവക അർദ്ധചാലകം ഒരു ലോഹമായി മാറുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഉപയോഗം.

സാങ്കേതികവിദ്യയുടെ ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ - ഡയോഡുകൾ, ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, thyristors എന്നിവ ഇലക്ട്രോണിക് അല്ലെങ്കിൽ ദ്വാര ചാലകതയുള്ള ശ്രദ്ധേയമായ വസ്തുക്കളുടെ ഉപയോഗത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ്.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ വ്യാപകമായ ഉപയോഗം താരതമ്യേന അടുത്തിടെ ആരംഭിച്ചു, ഇപ്പോൾ അവ വളരെ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിച്ചു. അവർ പ്രകാശവും താപ ഊർജ്ജവും വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നു, നേരെമറിച്ച്, വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് ചൂടും തണുപ്പും സൃഷ്ടിക്കുന്നു. അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു പരമ്പരാഗത റേഡിയോ റിസീവറിലും ഒരു ക്വാണ്ടം ജനറേറ്ററിലും - ലേസർ, ഒരു ചെറിയ ആറ്റോമിക് ബാറ്ററിയിലും മൈക്രോപ്രൊസസ്സറുകളിലും കാണാം.

അർദ്ധചാലക റക്റ്റിഫയറുകൾ ഇല്ലാതെ എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല.

സ്വിച്ചുകളും ആംപ്ലിഫയറുകളും. ട്യൂബ് ഉപകരണങ്ങൾ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും ഭാരവും പതിന്മടങ്ങ് കുറയ്ക്കാനും അവയുടെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം കുറയ്ക്കാനും വിശ്വാസ്യത ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാനും സാധ്യമാക്കി.

സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ അർദ്ധചാലകങ്ങൾ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഒരു അർദ്ധചാലക ഡയോഡിൻ്റെ പ്രവർത്തനം വ്യത്യസ്ത ചാലകതയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് (p-, n- തരം). പി-, എൻ-ചാലകത ഉള്ള അർദ്ധചാലകങ്ങൾ നിലവിലെ ഒരു നിശ്ചിത ദിശയുമായി സമ്പർക്കം പുലർത്തുമ്പോൾ, സർക്യൂട്ടിൽ ഒരു തടസ്സ പാളി സൃഷ്ടിക്കപ്പെടുന്നു (ചിത്രം 19.4) - ഒരു ഇരട്ട വൈദ്യുത പാളി, അതിൻ്റെ ഫീൽഡ് ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ കൈമാറ്റം തടയുന്നു. അർദ്ധചാലക ഡയോഡിൻ്റെ പ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ അടിസ്ഥാനം ഇതാണ്, ഇത് ആൾട്ടർനേറ്റ് കറൻ്റ് ശരിയാക്കാൻ സഹായിക്കുന്നു. സെലിനിയം റക്റ്റിഫയറുകൾ വ്യാപകമായി പ്രചരിച്ചവയിൽ ഉൾപ്പെടുന്നു.

ഡയോഡുകൾക്ക് പുറമേ, റേഡിയോ എഞ്ചിനീയറിംഗിൽ അർദ്ധചാലക ട്രയോഡുകളും വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു - രണ്ട് p-n ജംഗ്ഷനുകൾ ഉള്ള ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ: ഒന്നുകിൽ p-n-p അല്ലെങ്കിൽ n-p-n.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ശക്തമായ താപനില ആശ്രിതത്വം തെർമിസ്റ്ററുകളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്നു, താപനില അളക്കുന്നതിനുള്ള ഉയർന്ന സെൻസിറ്റീവ് ഉപകരണങ്ങളിൽ.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ നിരവധി പ്രയോഗങ്ങളിൽ സോളാർ സെല്ലുകളും ഉൾപ്പെടുന്നു, ഇതിൻ്റെ പ്രവർത്തനം അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഫോട്ടോകണ്ടക്റ്റിവിറ്റിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ളതാണ് - പ്രകാശത്തിൻ്റെ സ്വാധീനത്തിൽ പ്രതിരോധം മാറ്റാനുള്ള കഴിവ് (ഫോട്ടോഇലക്ട്രിക് പ്രഭാവത്തിന് സമാനമായ ഒരു പ്രതിഭാസം, ഇത് പൂർണ്ണമായും ഖര ദ്രവ്യത്തിൽ സംഭവിക്കുന്നു) .

കാന്തിക ശക്തികൾ

പദാർത്ഥങ്ങളുടെ കാന്തിക ഗുണങ്ങൾ പുരാതന കാലം മുതൽ അറിയപ്പെടുന്നു. പുരാതന ശാസ്ത്രജ്ഞർ ഇരുമ്പിനെ ആകർഷിക്കുന്ന ഒരു കല്ല് എന്ന് വിശേഷിപ്പിച്ചത് പ്രകൃതിദത്ത കാന്തമാണ് - പ്രകൃതിയിൽ പലപ്പോഴും കാണപ്പെടുന്ന ഒരു ധാതു. അതിൽ ഇരുമ്പ് സംയുക്തങ്ങൾ (FeO - 31%, Fe 2 O 3 - 69%) അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. ഇതിനകം 1600-ൽ, V. ഗിൽബെർട്ടിൻ്റെ "കാന്തം, കാന്തിക ശരീരങ്ങൾ, ഭൂമിയുടെ മഹത്തായ മാഗ്നറ്റ് എന്നിവയിൽ" പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു, അതിൽ ധാരാളം പരീക്ഷണാത്മക വസ്തുതകളുടെ സാമാന്യവൽക്കരണം അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു. പ്രധാനവ ഇപ്രകാരമായിരുന്നു:

1) കാന്തത്തിന് രണ്ട് ധ്രുവങ്ങളുണ്ട് - വടക്കും തെക്കും, അവയുടെ ഗുണങ്ങളിൽ വ്യത്യസ്തമാണ്,

2) ധ്രുവങ്ങൾ ആകർഷിക്കുന്നതിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ധ്രുവങ്ങൾ അകറ്റുന്നത് പോലെ;

3) കാന്തിക സൂചി ഒരു പ്രത്യേക രീതിയിൽ ബഹിരാകാശത്ത് സ്ഥിതിചെയ്യുന്നു, വടക്ക് നിന്ന് തെക്ക് ചൂണ്ടിക്കാണിക്കുന്നു;

4) ഒരു ധ്രുവത്തിൽ ഒരു കാന്തം ലഭിക്കുന്നത് അസാധ്യമാണ്;

5) ഭൂമി ഒരു വലിയ കാന്തമാണ്.

വൈദ്യുത പ്രവാഹം (ചലിക്കുന്ന ചാർജുകൾ) ഒരു കാന്തിക മണ്ഡലം സൃഷ്ടിക്കുന്നു (R. Erstad, 1820) എന്ന പരീക്ഷണാത്മക വസ്തുതകൾ 19-ആം നൂറ്റാണ്ടിൽ സ്ഥാപിച്ചതിന് ശേഷമാണ് കാന്തിക പ്രതിഭാസങ്ങളുടെ സ്വഭാവം വെളിപ്പെട്ടത്. ഇതിൽ ഒരേ ദിശയിലുള്ള സമാന്തര വൈദ്യുതധാരകൾ ആകർഷിക്കപ്പെടുന്നുവെന്ന് കണ്ടെത്തി , വിപരീതമായവ പിന്തിരിപ്പിക്കുന്നു (J.Amper, I820), ചലിക്കുന്ന വൈദ്യുത ചാർജുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന ശക്തികൾ സ്റ്റേഷനറി ചാർജുകൾ തമ്മിലുള്ള പ്രതിപ്രവർത്തന ശക്തികളിൽ നിന്ന് വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു എന്ന നിഗമനത്തിലേക്ക് നയിച്ചു. .

ചലിക്കുന്ന ചാർജുകൾക്കിടയിൽ ഉണ്ടാകുന്ന അധിക ശക്തികളെ കാന്തിക ശക്തികൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു. കാന്തിക സൂചിയിൽ വൈദ്യുത പ്രവാഹത്തിൻ്റെ സ്വാധീനത്താൽ അവ കണ്ടെത്തിയതാണ് ഇതിന് കാരണം.

അങ്ങനെ, എല്ലാ കാന്തിക അസ്വസ്ഥതകളും വൈദ്യുത ശക്തികളായി കുറയ്ക്കാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ഐൻസ്റ്റൈൻ കാണിച്ചതുപോലെ കാന്തിക ശക്തികൾ കൂലോംബിൻ്റെ നിയമത്തിൻ്റെ ആപേക്ഷിക തിരുത്തലാണ്.

കണ്ടക്ടറുകളിൽ കറൻ്റ് ഇല്ലെങ്കിലും, അവയ്ക്കിടയിൽ ഒരു ഇടപെടലും ഉണ്ടാകില്ല, കാരണം ലോഹ ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിൻ്റെ അയോണുകളുടെ പോസിറ്റീവ് ചാർജും ഇലക്ട്രോണുകളുടെ നെഗറ്റീവ് ചാർജും തുല്യമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ കണ്ടക്ടറിനുള്ളിലെ മൊത്തം ചാർജ് പൂജ്യമാണ്. വൈദ്യുതധാരയുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനം കാരണം, അവ തമ്മിലുള്ള ശരാശരി ദൂരം ഒരു ഘടകം കൊണ്ട് കുറയുന്നു.

ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ഡ്രിഫ്റ്റ് പ്രവേഗമാണ് V. തൽഫലമായി, ഇലക്ട്രോൺ ചാർജ് സാന്ദ്രത രണ്ട് മടങ്ങ് വർദ്ധിക്കും, അതിനാൽ, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ചാർജ് പൂജ്യമാകില്ല. ഇത് കണ്ടക്ടർമാരുടെ ഇടപെടലിലേക്ക് നയിക്കുന്നു.

ഒരു പി-എൻ-ജംഗ്ഷൻ്റെ പ്രധാന ഗുണങ്ങളിലൊന്ന്, വിപരീത ദിശയേക്കാൾ ആയിരക്കണക്കിനും ദശലക്ഷക്കണക്കിന് മടങ്ങും ഒരു (മുന്നോട്ട്) ദിശയിലേക്ക് വൈദ്യുത പ്രവാഹം കടത്തിവിടാനുള്ള കഴിവാണ്.

വൈദ്യുത പ്രവാഹം നന്നായി നടത്തുന്ന പദാർത്ഥങ്ങൾക്കും (കണ്ടക്ടറുകൾ, പ്രധാനമായും ലോഹങ്ങൾ) പ്രായോഗികമായി വൈദ്യുത പ്രവാഹം (ഇൻസുലേറ്ററുകൾ അല്ലെങ്കിൽ ഡൈഇലക്‌ട്രിക്‌സ്) നടത്താത്ത പദാർത്ഥങ്ങൾക്കും ഇടയിൽ ഒരു ഇൻ്റർമീഡിയറ്റ് സ്ഥാനം വഹിക്കുന്ന പദാർത്ഥങ്ങളുടെ ഒരു വിഭാഗമാണ് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ സവിശേഷത, അവയുടെ ഗുണങ്ങളും സവിശേഷതകളും അവയിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങളുടെ സൂക്ഷ്മ അളവിലുള്ള ശക്തമായ ആശ്രിതത്വമാണ്. ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിലെ അശുദ്ധിയുടെ അളവ് ഒരു ശതമാനത്തിൻ്റെ പത്ത് ദശലക്ഷത്തിൽ നിന്ന് 0.1-1% ആയി മാറ്റുന്നതിലൂടെ, നിങ്ങൾക്ക് അവയുടെ ചാലകത ദശലക്ഷക്കണക്കിന് മടങ്ങ് മാറ്റാൻ കഴിയും. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ മറ്റൊരു പ്രധാന സ്വത്ത്, വൈദ്യുത പ്രവാഹം അവയിലേക്ക് കൊണ്ടുപോകുന്നത് നെഗറ്റീവ് ചാർജുകൾ - ഇലക്ട്രോണുകൾ മാത്രമല്ല, തുല്യ അളവിലുള്ള പോസിറ്റീവ് ചാർജുകളിലൂടെയും - ദ്വാരങ്ങൾ.

തികച്ചും മാലിന്യങ്ങളില്ലാത്ത ഒരു ആദർശവൽകൃത അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റൽ ഞങ്ങൾ പരിഗണിക്കുകയാണെങ്കിൽ, വൈദ്യുത പ്രവാഹം നടത്താനുള്ള അതിൻ്റെ കഴിവ് നിർണ്ണയിക്കുന്നത് ആന്തരിക വൈദ്യുതചാലകത എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്നവയാണ്.

ഒരു അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങൾ ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോൺ ഷെല്ലിലെ ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉപയോഗിച്ച് പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നു. ആറ്റങ്ങളുടെ താപ വൈബ്രേഷൻ സമയത്ത്, ബോണ്ടുകൾ രൂപപ്പെടുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾക്കിടയിൽ താപ ഊർജ്ജം അസമമായി വിതരണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. വ്യക്തിഗത ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് അവയുടെ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് "പിരിഞ്ഞുപോകാൻ" ആവശ്യമായ താപ ഊർജ്ജം സ്വീകരിക്കാനും ക്രിസ്റ്റലിൽ സ്വതന്ത്രമായി നീങ്ങാനും കഴിയും, അതായത്, നിലവിലെ സാധ്യതയുള്ള വാഹകരായി മാറുന്നു (മറ്റൊരു രീതിയിൽ പറഞ്ഞാൽ, അവ ചാലക ബാൻഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു). അത്തരം ഇലക്ട്രോൺ പുറപ്പെടൽ ആറ്റത്തിൻ്റെ വൈദ്യുത ന്യൂട്രാലിറ്റി ലംഘിക്കുന്നു; അത് പോയ ഇലക്ട്രോണിൻ്റെ ചാർജിന് തുല്യമായ പോസിറ്റീവ് ചാർജ് നേടുന്നു. ഈ ഒഴിഞ്ഞ സ്ഥലത്തെ ദ്വാരം എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

ഒഴിഞ്ഞ സ്ഥലം ഒരു അയൽ ബോണ്ടിൽ നിന്നുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രോണിന് കൈവശപ്പെടുത്താൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, ദ്വാരത്തിന് ക്രിസ്റ്റലിനുള്ളിലേക്ക് നീങ്ങാനും പോസിറ്റീവ് കറൻ്റ് കാരിയറാകാനും കഴിയും. സ്വാഭാവികമായും, ഈ സാഹചര്യങ്ങളിൽ, ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും തുല്യ അളവിൽ ദൃശ്യമാകുന്നു, അത്തരം ഒരു അനുയോജ്യമായ ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ വൈദ്യുത ചാലകത പോസിറ്റീവ്, നെഗറ്റീവ് ചാർജുകളാൽ തുല്യമായി നിർണ്ണയിക്കപ്പെടും.

പ്രധാന അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ ആറ്റത്തിൻ്റെ സ്ഥാനത്ത് നമ്മൾ ഒരു അശുദ്ധ ആറ്റം സ്ഥാപിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അതിൻ്റെ പുറം ഇലക്ട്രോൺ ഷെല്ലിൽ പ്രധാന അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ ആറ്റത്തേക്കാൾ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, അത്തരം ഒരു ഇലക്ട്രോൺ അമിതമായി മാറും, അതിൻ്റെ രൂപീകരണത്തിന് ആവശ്യമില്ല. ക്രിസ്റ്റലിലെ ഇൻ്ററാറ്റോമിക് ബോണ്ടുകളും അതിൻ്റെ ആറ്റവുമായി ദുർബലമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. അതിൻ്റെ ആറ്റത്തിൽ നിന്ന് അതിനെ കീറി ഒരു സ്വതന്ത്ര ഇലക്ട്രോണാക്കി മാറ്റാൻ പത്തിരട്ടി ഊർജ്ജം മതിയാകും. അത്തരം മാലിന്യങ്ങളെ ദാതാവ് എന്ന് വിളിക്കുന്നു, അതായത്, ഒരു "അധിക" ഇലക്ട്രോൺ സംഭാവന ചെയ്യുന്നു. അശുദ്ധ ആറ്റം തീർച്ചയായും പോസിറ്റീവ് ആയി ചാർജ് ചെയ്യപ്പെടുന്നു, പക്ഷേ ഒരു ദ്വാരം ദൃശ്യമാകില്ല, കാരണം ഒരു ദ്വാരം പൂരിപ്പിക്കാത്ത ഇൻ്ററാറ്റോമിക് ബോണ്ടിൽ ഒരു ഇലക്ട്രോൺ ഒഴിവായി മാത്രമേ ഉണ്ടാകൂ, ഈ സാഹചര്യത്തിൽ എല്ലാ ബോണ്ടുകളും നിറയും. ഈ പോസിറ്റീവ് ചാർജ് അതിൻ്റെ ആറ്റവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു, ചലനരഹിതമാണ്, അതിനാൽ വൈദ്യുതചാലകത പ്രക്രിയയിൽ പങ്കെടുക്കാൻ കഴിയില്ല.

ഒരു അർദ്ധചാലകത്തിലേക്ക് മാലിന്യങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നത്, പ്രധാന പദാർത്ഥത്തിൻ്റെ ആറ്റങ്ങളേക്കാൾ കുറച്ച് ഇലക്ട്രോണുകൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന ബാഹ്യ ഇലക്ട്രോൺ ഷെൽ, പൂരിപ്പിക്കാത്ത ബോണ്ടുകളുടെ രൂപത്തിലേക്ക് നയിക്കുന്നു, അതായത് ദ്വാരങ്ങൾ. മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ചതുപോലെ, ഈ ഒഴിവ് ഒരു അയൽ ബോണ്ടിൽ നിന്നുള്ള ഒരു ഇലക്ട്രോണിന് ഉൾക്കൊള്ളാൻ കഴിയും, കൂടാതെ ദ്വാരത്തിന് ക്രിസ്റ്റലിലുടനീളം സ്വതന്ത്രമായി നീങ്ങാൻ കഴിയും. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ഒരു അയൽ ബോണ്ടിൽ നിന്ന് മറ്റൊന്നിലേക്ക് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ തുടർച്ചയായ പരിവർത്തനമാണ് ഒരു ദ്വാരത്തിൻ്റെ ചലനം. ഒരു ഇലക്ട്രോണിനെ "അംഗീകരിക്കുന്ന" അത്തരം മാലിന്യങ്ങളെ സ്വീകരിക്കുന്ന മാലിന്യങ്ങൾ എന്ന് വിളിക്കുന്നു.

n-ടൈപ്പിൻ്റെ ലോഹ-വൈദ്യുത അർദ്ധചാലക ഘടനയിൽ ഒരു വോൾട്ടേജ് (പോളാരിറ്റി ചിത്രത്തിൽ സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ) പ്രയോഗിക്കുകയാണെങ്കിൽ, അർദ്ധചാലകത്തിൻ്റെ ഉപരിതല പാളിയിൽ ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉയർന്നുവരുന്നു, ഇലക്ട്രോണുകളെ പിന്തിരിപ്പിക്കുന്നു. ഈ പാളി ശോഷണമായി മാറുന്നു.

പി-ടൈപ്പ് അർദ്ധചാലകത്തിൽ, ഭൂരിഭാഗം വാഹകരും പോസിറ്റീവ് ചാർജുകളാണ് - ദ്വാരങ്ങൾ, ഇലക്ട്രോണുകളെ പിന്തിരിപ്പിക്കുന്ന വോൾട്ടേജിൻ്റെ ധ്രുവത ദ്വാരങ്ങളെ ആകർഷിക്കുകയും കുറഞ്ഞ പ്രതിരോധത്തോടെ സമ്പുഷ്ടമായ പാളി സൃഷ്ടിക്കുകയും ചെയ്യും. ഈ കേസിൽ ധ്രുവീയതയിലെ മാറ്റം ദ്വാരങ്ങളുടെ വികർഷണത്തിനും വർദ്ധിച്ച പ്രതിരോധം ഉള്ള ഒരു ഉപരിതല പാളിയുടെ രൂപീകരണത്തിനും ഇടയാക്കും.

ഒരു തരത്തിലുള്ള അല്ലെങ്കിൽ മറ്റൊന്നിൻ്റെ മാലിന്യങ്ങളുടെ അളവ് കൂടുന്നതിനനുസരിച്ച്, ക്രിസ്റ്റലിൻ്റെ വൈദ്യുതചാലകത വർദ്ധിച്ചുവരുന്ന ഇലക്ട്രോണിക് അല്ലെങ്കിൽ ദ്വാര സ്വഭാവം നേടാൻ തുടങ്ങുന്നു. ലാറ്റിൻ പദങ്ങളായ നെഗറ്റിവസ്, പോസിറ്റിവസ് എന്നിവയുടെ ആദ്യ അക്ഷരങ്ങൾക്ക് അനുസൃതമായി, ഇലക്ട്രോണിക് വൈദ്യുത ചാലകതയെ n-തരം വൈദ്യുതചാലകത എന്നും ദ്വാര ചാലകതയെ p-തരം എന്നും വിളിക്കുന്നു, നൽകിയിരിക്കുന്ന അർദ്ധചാലകത്തിന് ഏത് തരം മൊബൈൽ ചാർജ് കാരിയറുകളാണ് പ്രധാനം എന്ന് സൂചിപ്പിക്കുന്നു. ഏതാണ് മൈനർ.

മാലിന്യങ്ങളുടെ സാന്നിധ്യം (അതായത്, അശുദ്ധി) കാരണം വൈദ്യുത ചാലകതയിൽ, ക്രിസ്റ്റലിൽ ഇപ്പോഴും 2 തരം വാഹകർ അവശേഷിക്കുന്നു: പ്രധാനം, പ്രധാനമായും അർദ്ധചാലകത്തിലേക്ക് മാലിന്യങ്ങൾ കൊണ്ടുവന്നതിനാൽ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നവ, ന്യൂനപക്ഷം. അവരുടെ രൂപം താപ ഉത്തേജനത്തിന് കടപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. ഒരു നിശ്ചിത ഊഷ്മാവിൽ നൽകിയിരിക്കുന്ന അർദ്ധചാലകത്തിന് ഇലക്ട്രോണുകളുടെ n, ദ്വാരങ്ങൾ p എന്നിവയുടെ 1 cm 3 (സാന്ദ്രത) ഉള്ളടക്കം സ്ഥിരമായ മൂല്യമാണ്: n - p = const. ഇതിനർത്ഥം, മാലിന്യങ്ങളുടെ ആമുഖം കാരണം തന്നിരിക്കുന്ന തരത്തിലുള്ള കാരിയറുകളുടെ സാന്ദ്രത നിരവധി തവണ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെ, മറ്റൊരു തരത്തിലുള്ള കാരിയറുകളുടെ സാന്ദ്രത ഞങ്ങൾ അതേ അളവിൽ കുറയ്ക്കുന്നു. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ അടുത്ത പ്രധാന സ്വത്ത് താപനിലയോടും വികിരണങ്ങളോടുമുള്ള ശക്തമായ സംവേദനക്ഷമതയാണ്. താപനില ഉയരുന്നതിനനുസരിച്ച്, ക്രിസ്റ്റലിലെ ആറ്റങ്ങളുടെ ശരാശരി വൈബ്രേഷൻ ഊർജ്ജം വർദ്ധിക്കുകയും കൂടുതൽ കൂടുതൽ ബോണ്ടുകൾ തകരുകയും ചെയ്യും. കൂടുതൽ കൂടുതൽ ജോഡി ഇലക്ട്രോണുകളും ദ്വാരങ്ങളും പ്രത്യക്ഷപ്പെടും. മതിയായ ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ, ആന്തരിക (താപ) ചാലകത അശുദ്ധമായ ചാലകതയ്ക്ക് തുല്യമായിരിക്കും അല്ലെങ്കിൽ അത് ഗണ്യമായി കവിയുന്നു. മാലിന്യങ്ങളുടെ ഉയർന്ന സാന്ദ്രത, ഉയർന്ന താപനില ഈ പ്രഭാവം സംഭവിക്കും.

അർദ്ധചാലകത്തെ വികിരണം ചെയ്യുന്നതിലൂടെയും ബോണ്ടുകൾ തകർക്കാൻ കഴിയും, ഉദാഹരണത്തിന്, പ്രകാശം ഉപയോഗിച്ച്, ബോണ്ടുകൾ തകർക്കാൻ ലൈറ്റ് ക്വാണ്ടയുടെ ഊർജ്ജം മതിയാകും. ബ്രേക്കിംഗ് ബോണ്ടുകളുടെ ഊർജ്ജം വ്യത്യസ്ത അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്ക് വ്യത്യസ്തമാണ്, അതിനാൽ അവ റേഡിയേഷൻ സ്പെക്ട്രത്തിൻ്റെ ചില ഭാഗങ്ങളോട് വ്യത്യസ്തമായി പ്രതികരിക്കുന്നു.

സിലിക്കൺ, ജെർമേനിയം പരലുകൾ പ്രധാന അർദ്ധചാലക വസ്തുക്കളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു, കൂടാതെ അർദ്ധചാലകങ്ങൾക്ക് ആവശ്യമായ ഗുണങ്ങൾ നൽകുന്ന ബോറോൺ, ഫോസ്ഫറസ്, ഇൻഡിയം, ആർസെനിക്, ആൻ്റിമണി തുടങ്ങി നിരവധി ഘടകങ്ങൾ മാലിന്യങ്ങളായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. തന്നിരിക്കുന്ന അശുദ്ധമായ ഉള്ളടക്കമുള്ള അർദ്ധചാലക ക്രിസ്റ്റലുകളുടെ ഉത്പാദനം സങ്കീർണ്ണമായ ഒരു സാങ്കേതിക പ്രക്രിയയാണ്, ഉയർന്ന കൃത്യതയും സങ്കീർണ്ണതയും ഉള്ള ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് പ്രത്യേകിച്ച് വൃത്തിയുള്ള സാഹചര്യങ്ങളിൽ ഇത് നടപ്പിലാക്കുന്നു.

അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ലിസ്റ്റുചെയ്തിരിക്കുന്ന ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട എല്ലാ ഗുണങ്ങളും അവയുടെ ഉദ്ദേശ്യങ്ങളിലും ആപ്ലിക്കേഷൻ്റെ മേഖലകളിലും വളരെ വൈവിധ്യപൂർണ്ണമായ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ സൃഷ്ടിക്കാൻ ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഡയോഡുകൾ, ട്രാൻസിസ്റ്ററുകൾ, തൈറിസ്റ്ററുകൾ തുടങ്ങി നിരവധി അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു. അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഉപയോഗം താരതമ്യേന അടുത്തിടെ ആരംഭിച്ചു, ഇന്ന് അവരുടെ എല്ലാ "പ്രൊഫഷനുകളും" പട്ടികപ്പെടുത്തുന്നത് ബുദ്ധിമുട്ടാണ്. അവർ പ്രകാശവും താപ ഊർജ്ജവും വൈദ്യുതോർജ്ജമാക്കി മാറ്റുന്നു, നേരെമറിച്ച്, വൈദ്യുതി ഉപയോഗിച്ച് ചൂടും തണുപ്പും സൃഷ്ടിക്കുന്നു (സൗരോർജ്ജം കാണുക). അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ഒരു പരമ്പരാഗത റേഡിയോ റിസീവറിലും ക്വാണ്ടം ജനറേറ്ററിലും - ലേസർ, ഒരു ചെറിയ ആറ്റോമിക് ബാറ്ററിയിലും ഒരു ഇലക്ട്രോണിക് കമ്പ്യൂട്ടറിൻ്റെ മിനിയേച്ചർ ബ്ലോക്കുകളിലും കാണാം. അർദ്ധചാലക റക്റ്റിഫയറുകളും സ്വിച്ചുകളും ആംപ്ലിഫയറുകളും ഇല്ലാതെ ഇന്ന് എഞ്ചിനീയർമാർക്ക് ചെയ്യാൻ കഴിയില്ല. ട്യൂബ് ഉപകരണങ്ങൾ അർദ്ധചാലക ഉപകരണങ്ങൾ ഉപയോഗിച്ച് മാറ്റിസ്ഥാപിക്കുന്നത് ഇലക്ട്രോണിക് ഉപകരണങ്ങളുടെ വലുപ്പവും ഭാരവും പതിന്മടങ്ങ് കുറയ്ക്കാനും അവയുടെ വൈദ്യുതി ഉപഭോഗം കുറയ്ക്കാനും വിശ്വാസ്യത ഗണ്യമായി വർദ്ധിപ്പിക്കാനും സാധ്യമാക്കി.

മൈക്രോഇലക്‌ട്രോണിക്‌സ് എന്ന ലേഖനത്തിൽ നിങ്ങൾക്ക് ഇതിനെക്കുറിച്ച് വായിക്കാം.

ഈ ലേഖനത്തിൽ അസാധാരണമായ പ്രാധാന്യമോ രസകരമോ ഒന്നുമില്ല, "ഡമ്മികൾ" എന്ന ലളിതമായ ചോദ്യത്തിനുള്ള ഉത്തരം: ലോഹങ്ങളിൽ നിന്നും വൈദ്യുതചാലകങ്ങളിൽ നിന്നും അർദ്ധചാലകങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്ന പ്രധാന ഗുണങ്ങൾ എന്തൊക്കെയാണ്?

അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ഒരു ബാൻഡ് വിടവ് (ചാലക ബാൻഡിനും വാലൻസ് ബാൻഡിനും ഇടയിൽ) ഉള്ള വസ്തുക്കളാണ് (ക്രിസ്റ്റലുകൾ, പോളിക്രിസ്റ്റലിൻ, രൂപരഹിത വസ്തുക്കൾ, മൂലകങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ സംയുക്തങ്ങൾ).

ഇലക്‌ട്രോണിക് അർദ്ധചാലകങ്ങൾ സ്ഫടികങ്ങളും രൂപരഹിതമായ പദാർത്ഥങ്ങളുമാണ്, വൈദ്യുതചാലകതയുടെ കാര്യത്തിൽ, ലോഹങ്ങൾക്കും (σ = 10 4 ÷10 6 Ohm -1 cm -1) വൈദ്യുതചാലകങ്ങൾക്കും (σ = 10 -10 ÷10 -20 Ohm - 1 സെ.മീ -1). എന്നിരുന്നാലും, ചാലകതയുടെ നൽകിയിരിക്കുന്ന അതിർത്തി മൂല്യങ്ങൾ വളരെ ഏകപക്ഷീയമാണ്.

ലോഹങ്ങളും അർദ്ധചാലകങ്ങളും (ഇൻസുലേറ്ററുകൾ) - ഖരവസ്തുക്കളെ രണ്ട് വിഭാഗങ്ങളായി വിഭജിക്കുന്നത് സാധ്യമാക്കുന്ന ഒരു മാനദണ്ഡം രൂപപ്പെടുത്തുന്നത് ബാൻഡ് സിദ്ധാന്തം സാധ്യമാക്കുന്നു. വാലൻസ് ബാൻഡിലെ ഫ്രീ ലെവലുകളുടെ സാന്നിധ്യമാണ് ലോഹങ്ങളുടെ സവിശേഷത, ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് നീങ്ങാൻ കഴിയും, അധിക ഊർജ്ജം സ്വീകരിക്കുന്നു, ഉദാഹരണത്തിന്, ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിലെ ത്വരണം കാരണം. ലോഹങ്ങളുടെ ഒരു സവിശേഷമായ സവിശേഷത, അവയുടെ നിലത്ത്, ഉന്മേഷമില്ലാത്ത അവസ്ഥയിൽ (0 കെയിൽ) അവയ്ക്ക് ചാലക ഇലക്ട്രോണുകൾ ഉണ്ട്, അതായത്. ഒരു ബാഹ്യ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ സ്വാധീനത്തിൽ ക്രമീകരിച്ച ചലനത്തിൽ പങ്കെടുക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകൾ.

0 കെയിലെ അർദ്ധചാലകങ്ങളിലും ഇൻസുലേറ്ററുകളിലും, വാലൻസ് ബാൻഡ് പൂർണ്ണമായും ജനസംഖ്യയുള്ളതാണ്, കൂടാതെ ചാലക ബാൻഡ് അതിൽ നിന്ന് ഒരു ബാൻഡ് വിടവ് കൊണ്ട് വേർതിരിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ കാരിയറുകളില്ല. അതിനാൽ, വളരെ ശക്തമല്ലാത്ത ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന് വാലൻസ് ബാൻഡിൽ സ്ഥിതിചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളെ ശക്തിപ്പെടുത്താനും അവയെ ചാലക ബാൻഡിലേക്ക് മാറ്റാനും കഴിയില്ല. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, 0 കെയിലെ അത്തരം പരലുകൾ അനുയോജ്യമായ ഇൻസുലേറ്ററുകളായിരിക്കണം. ഊഷ്മാവ് കൂടുകയോ അത്തരം ഒരു ക്രിസ്റ്റൽ വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയോ ചെയ്യുമ്പോൾ, ഇലക്ട്രോണുകൾക്ക് ചാലക ബാൻഡിലേക്ക് നീങ്ങാൻ ആവശ്യമായ താപ അല്ലെങ്കിൽ വികിരണ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ക്വാണ്ട ആഗിരണം ചെയ്യാൻ കഴിയും. ഈ പരിവർത്തന സമയത്ത്, വാലൻസ് ബാൻഡിൽ ദ്വാരങ്ങൾ പ്രത്യക്ഷപ്പെടുന്നു, ഇത് വൈദ്യുതി കൈമാറ്റത്തിലും പങ്കെടുക്കാം. വാലൻസ് ബാൻഡിൽ നിന്ന് ചാലക ബാൻഡിലേക്ക് ഇലക്ട്രോൺ കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടാനുള്ള സാധ്യത ഇതിന് ആനുപാതികമാണ് ( -ഇജി/ കെ.ടി), എവിടെ ഇജി - നിരോധിത മേഖലയുടെ വീതി. ഒരു വലിയ മൂല്യത്തോടെ ഇജി (2-3 eV) ഈ സാധ്യത വളരെ ചെറുതാണ്.

അങ്ങനെ, പദാർത്ഥങ്ങളെ ലോഹങ്ങളിലേക്കും അലോഹങ്ങളിലേക്കും വിഭജിക്കുന്നതിന് വളരെ കൃത്യമായ അടിത്തറയുണ്ട്. ഇതിനു വിപരീതമായി, നോൺമെറ്റലുകളെ അർദ്ധചാലകങ്ങളിലേക്കും വൈദ്യുതചാലകങ്ങളിലേക്കും വിഭജിക്കുന്നതിന് അത്തരമൊരു അടിസ്ഥാനമില്ല, അത് തികച്ചും സോപാധികമാണ്.

മുമ്പ്, ഒരു ബാൻഡ് വിടവുള്ള പദാർത്ഥങ്ങളെ ഡൈഇലക്ട്രിക്സ് ആയി തരംതിരിക്കാം എന്ന് വിശ്വസിച്ചിരുന്നു ഇജി≈ 2÷3 eV, എന്നാൽ അവയിൽ പലതും സാധാരണ അർദ്ധചാലകങ്ങളാണെന്ന് പിന്നീട് തെളിഞ്ഞു. അതിലുപരിയായി, ഒരു ഘടകത്തിൻ്റെ മാലിന്യങ്ങൾ അല്ലെങ്കിൽ അധിക (സ്റ്റോയ്ചിയോമെട്രിക് കോമ്പോസിഷനു മുകളിൽ) ആറ്റങ്ങളുടെ സാന്ദ്രതയെ ആശ്രയിച്ച്, ഒരേ ക്രിസ്റ്റൽ ഒരു അർദ്ധചാലകവും ഇൻസുലേറ്ററും ആകാം. ഉദാഹരണത്തിന്, ഡയമണ്ട്, സിങ്ക് ഓക്സൈഡ്, ഗാലിയം നൈട്രൈഡ് മുതലായവയുടെ പരലുകൾക്ക് ഇത് ബാധകമാണ്. ബേരിയം, സ്ട്രോൺഷ്യം ടൈറ്റനേറ്റ്, റൂട്ടൈൽ തുടങ്ങിയ സാധാരണ ഡൈഇലക്‌ട്രിക്‌സ് പോലും ഭാഗികമായി കുറയ്ക്കുമ്പോൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങളുടെ ഗുണങ്ങൾ നേടുന്നു, ഇത് അവയിൽ അധിക ലോഹ ആറ്റങ്ങളുടെ രൂപവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.

അലോഹങ്ങളെ അർദ്ധചാലകങ്ങളിലേക്കും വൈദ്യുതചാലകങ്ങളിലേക്കും വിഭജിക്കുന്നതിനും ഒരു പ്രത്യേക അർത്ഥമുണ്ട്, കാരണം മാലിന്യങ്ങൾ അവതരിപ്പിക്കുന്നതിലൂടെയോ പ്രകാശം അല്ലെങ്കിൽ ചൂടാക്കൽ വഴിയോ ഇലക്ട്രോണിക് ചാലകത വർദ്ധിപ്പിക്കാൻ കഴിയാത്ത നിരവധി പരലുകൾ അറിയപ്പെടുന്നു. ഫോട്ടോഇലക്ട്രോണുകളുടെ വളരെ ചെറിയ ആയുസ്സ്, അല്ലെങ്കിൽ പരലുകളിലെ ആഴത്തിലുള്ള കെണികളുടെ അസ്തിത്വം, അല്ലെങ്കിൽ ഇലക്ട്രോണുകളുടെ ചലനശേഷി വളരെ കുറവാണ്, അതായത്. ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൽ അവയുടെ ഡ്രിഫ്റ്റിൻ്റെ വളരെ കുറഞ്ഞ വേഗതയിൽ.

വൈദ്യുത ചാലകത കോൺസൺട്രേഷൻ n, ചാർജ് e, ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ മൊബിലിറ്റി എന്നിവയ്ക്ക് ആനുപാതികമാണ്. അതിനാൽ, വിവിധ വസ്തുക്കളുടെ ചാലകതയുടെ താപനില ആശ്രിതത്വം നിർണ്ണയിക്കുന്നത് സൂചിപ്പിച്ച പരാമീറ്ററുകളുടെ താപനില ആശ്രിതത്വമാണ്. എല്ലാ ഇലക്ട്രോണിക് കണ്ടക്ടർമാർക്കും ചാർജ്ജ് ഇസ്ഥിരവും താപനിലയിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രവുമാണ്. മിക്ക മെറ്റീരിയലുകളിലും, ചലിക്കുന്ന ഇലക്ട്രോണുകളും ഫോണണുകളും തമ്മിലുള്ള കൂട്ടിയിടിയുടെ തീവ്രത വർദ്ധിക്കുന്നതിനാൽ താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് മൊബിലിറ്റി മൂല്യം സാധാരണയായി ചെറുതായി കുറയുന്നു, അതായത്. ക്രിസ്റ്റൽ ലാറ്റിസിൻ്റെ വൈബ്രേഷനുകളാൽ ഇലക്ട്രോൺ വിസരണം കാരണം. അതിനാൽ, ലോഹങ്ങൾ, അർദ്ധചാലകങ്ങൾ, ഡൈഇലക്‌ട്രിക്‌സ് എന്നിവയുടെ വ്യത്യസ്ത സ്വഭാവം പ്രധാനമായും ചാർജ് കാരിയർ കോൺസൺട്രേഷനും അതിൻ്റെ താപനില ആശ്രിതത്വവുമായി ബന്ധപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു:

1) ലോഹങ്ങളിൽ, ചാർജ് കാരിയറുകളുടെ n സാന്ദ്രത ഉയർന്നതും താപനില മാറ്റങ്ങളോടെ ചെറുതായി മാറുന്നതുമാണ്. വൈദ്യുതചാലകതയുടെ സമവാക്യത്തിൽ ഉൾപ്പെടുത്തിയിരിക്കുന്ന വേരിയബിൾ ചലനാത്മകതയാണ്. താപനിലയിൽ ചലനശേഷി ചെറുതായി കുറയുന്നതിനാൽ, വൈദ്യുതചാലകതയും കുറയുന്നു;

2) അർദ്ധചാലകങ്ങളിലും വൈദ്യുതചാലകങ്ങളിലും എൻസാധാരണയായി താപനിലയിൽ ക്രമാതീതമായി വർദ്ധിക്കുന്നു. ഈ ദ്രുതഗതിയിലുള്ള വളർച്ച എൻചലനശേഷി കുറയുന്നതിനേക്കാൾ ചാലകതയിലെ മാറ്റങ്ങൾക്ക് ഏറ്റവും പ്രധാനപ്പെട്ട സംഭാവന നൽകുന്നു. അതിനാൽ, താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് വൈദ്യുതചാലകത അതിവേഗം വർദ്ധിക്കുന്നു. ഈ അർത്ഥത്തിൽ, ഡൈഇലക്‌ട്രിക്‌സിനെ ഒരു നിശ്ചിത പരിമിതപ്പെടുത്തുന്ന കേസായി കണക്കാക്കാം, കാരണം സാധാരണ താപനിലയിൽ മൂല്യം എൻഈ പദാർത്ഥങ്ങളിൽ വളരെ ചെറുതാണ്. ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ, വ്യക്തിഗത വൈദ്യുതചാലകങ്ങളുടെ ചാലകത വർദ്ധനവ് മൂലം അർദ്ധചാലക നിലയിലെത്തുന്നു എൻ. വിപരീതവും നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു - കുറഞ്ഞ താപനിലയിൽ, ചില അർദ്ധചാലകങ്ങൾ ഇൻസുലേറ്ററുകളായി മാറുന്നു.

ഗ്രന്ഥസൂചിക

1. വെസ്റ്റ് എ. ഖരപദാർത്ഥങ്ങളുടെ രസതന്ത്രം. ഭാഗം 2 പെർ. ഇംഗ്ലീഷിൽ നിന്ന് - എം.: മിർ, 1988. - 336 പേ.
2. ആധുനിക ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി. ടി.4. പരലുകളുടെ ഭൗതിക സവിശേഷതകൾ. - എം.: നൗക, 1981.

ഫാക്കൽറ്റി ഓഫ് കെമിസ്ട്രിയുടെ ഗ്രൂപ്പ് 501 ലെ വിദ്യാർത്ഥികൾ: ബെസുബോവ് എസ്.ഐ., വോറോബിയോവ എൻ.എ., എഫിമോവ് എ.എ.