Почему кремний обладает собственными полупроводниковыми свойствами, что делает его основным материалом для создания транзисторов и диодов?
Ответ:
1. Структура кремния: Кремний принадлежит к группе четырёхвалентных элементов в периодической системе элементов. Его атомная структура включает в себя 14 электронов, из которых 4 находятся на внешней энергетической оболочке. Валентные электроны в кремнии образуют ковалентные связи с соседними атомами и создают кристаллическую структуру материала.
2. Полупроводниковая щель: Кремний имеет широкую полупроводниковую щель между валентной зоной и зоной проводимости. Валентная зона представляет энергетический уровень, на котором находятся валентные электроны, и электроны в этой зоне не могут свободно двигаться. Зона проводимости — это энергетический уровень, на котором электроны могут свободно двигаться и создавать электрический ток.
3. Примеси: Добавление примесей в кремниевый полупроводник позволяет изменять его свойства. При добавлении элементов, таких как фосфор или бор, кремниевая матрица становится легированной. В результате, лишние электроны или «дырки» создаются в зоне проводимости или валентной зоне соответственно.
4. Переход PN: Когда кремниевую монокристаллическую пластину легируют в одной области бором (типа р), и в другой области фосфором (типа n), возникает переход PN или p-n-переход. При попытке протянуть электрический ток через этот переход, электроны с зоны проводимости типа n подталкиваются к переходу, где они соприкасаются с дырками из зоны проводимости p-типа. Этот процесс создает электрический ток, который могут контролировать внешние условия.
5. Полевой транзистор: Когда два слоя переходов PN создаются в параллель, создается транзистор с третьим электродом, называемым затвором. Затвор может контролировать электрический ток между двумя слоями переходов, делая транзистор усилителем сигнала.
6. Диод: Добавление только одного слоя перехода PN создает диод, который позволяет току протекать только в одном направлении. Когда на диод подается напряжение в прямом направлении (ток течет от анода к катоду), диод становится проводником. В обратном направлении (ток течет от катода к аноду), диод становится изолятором.
В итоге, кремний обладает собственными полупроводниковыми свойствами благодаря своей структуре и широкой полупроводниковой щели. Путем добавления примесей и создания переходов PN, кремний может использоваться для создания транзисторов и диодов, которые могут контролировать электрический ток и выполнять необходимые функции в электронных устройствах.