Ang elektronikong aparato ng Semiconductor

Ang aparato ng Semiconductor, sangkap ng electronic circuit na ginawa mula sa isang materyal na hindi isang mahusay na conductor ni isang mahusay na insulator (samakatuwid semiconductor). Ang mga nasabing aparato ay natagpuan ang malawak na mga aplikasyon dahil sa kanilang pagiging compactness, pagiging maaasahan, at mababang gastos. Bilang mga hiwalay na sangkap, natagpuan nila ang paggamit sa mga aparato ng kuryente, optical sensor, at light emitters, kabilang ang mga solid-state lasers. Mayroon silang isang malawak na hanay ng mga kasalukuyang- at mga kakayahan sa paghawak ng boltahe, na may kasalukuyang mga rating mula sa ilang mga nanoamperes (10 ⁻⁹ampere) sa higit sa 5,000 amperes at mga rating ng boltahe na umaabot sa 100,000 volts. Mas mahalaga, ang mga aparato ng semiconductor ay nagpahiram sa kanilang sarili sa pagsasama sa kumplikado ngunit madaling paggawa ng mga microelectronic circuit. Ang mga ito ay, at magiging nasa mahulaan na hinaharap, ang mga pangunahing elemento para sa karamihan ng mga elektronikong sistema, kabilang ang mga komunikasyon, consumer, pagproseso ng data, at kagamitan sa pang-industriya.

Mga prinsipyo ng Semiconductor at kantong

Mga materyales na Semiconductor

Ang mga solid-state na materyales ay karaniwang pinagsama sa tatlong klase: insulators, semiconductors, at conductors. (Sa mababang temperatura ang ilang mga conductor, semiconductors, at insulators ay maaaring maging superconductors.) Ipinapakita ng Figure 1 ang mga conductivities σ (at ang mga kaukulang resistividad ρ = 1 / σ) na nauugnay sa ilang mahahalagang materyales sa bawat isa sa tatlong mga klase. Ang mga insulator, tulad ng fuse quartz at baso, ay may napakababang conductivities, sa pagkakasunud-sunod ng 10 ⁻¹⁸ hanggang 10 ⁻¹⁰ siemens bawat sentimetro; at ang mga conductor, tulad ng aluminyo, ay may mataas na conductivities, karaniwang mula sa 10 ⁴ hanggang 10 ⁶ siemens bawat sentimetro. Ang mga conductivities ng semiconductors ay nasa pagitan ng mga labis na palaboy na ito.

Ang kondaktibiti ng isang semiconductor ay karaniwang sensitibo sa temperatura, pag-iilaw, magnetic field, at minuto na halaga ng mga atom ng karumihan. Halimbawa, ang pagdaragdag ng mas mababa sa 0.01 porsyento ng isang partikular na uri ng karumihan ay maaaring dagdagan ang elektrikal na kondaktibiti ng isang semiconductor sa pamamagitan ng apat o higit pang mga order ng magnitude (ibig sabihin, 10,000 beses). Ang mga saklaw ng kondaktibiti ng semiconductor dahil sa mga atom ng karumihan para sa limang karaniwang mga semiconductors ay ibinibigay sa Figure 1.

Ang pag-aaral ng mga materyales ng semiconductor ay nagsimula sa unang bahagi ng ika-19 na siglo. Sa paglipas ng mga taon, maraming mga semiconductor ang naimbestigahan. Ang talahanayan ay nagpapakita ng isang bahagi ng pana-panahong talahanayan na nauugnay sa mga semiconductors. Ang mga elemental semiconductors ay ang mga binubuo ng mga solong species ng mga atoms, tulad ng silikon (Si), germanium (Ge), at grey lata (Sn) sa haligi IV at selenium (Se) at tellurium (Te) sa haligi VI. Mayroong, gayunpaman, maraming mga compound semiconductors na binubuo ng dalawa o higit pang mga elemento. Ang Gallium arsenide (GaAs), halimbawa, ay isang compound na III-V compound, na isang kombinasyon ng gallium (Ga) mula sa haligi III at arsenic (As) mula sa haligi V.

Ang bahagi ng pana-panahong talahanayan ng mga elemento na may kaugnayan sa semiconductors

tagal	haligi
	II	III	IV	V	VI
2	boron B	carbon C	nitrogen N
3	magnesiyo Mg	aluminyo Al	silikon Si	posporus P	asupre S
4	zinc Zn	gallium Ga	germanium Ge	arsenic Bilang	selenium Se
5	kadmium Cd	indium Sa	lata ng Sn	antimonya Sb	tellurium Te
6	mercury Hg	humantong Pb

Ang mga compound ng tonelada ay maaaring mabuo ng mga elemento mula sa tatlong magkakaibang mga haligi, tulad ng, halimbawa, mercury indium telluride (HgIn ₂ Te ₄), isang tambalang II-III-VI. Maaari rin silang mabuo ng mga elemento mula sa dalawang haligi, tulad ng aluminyo gallium arsenide (Al _x Ga _{1 - x} As), na kung saan ay isang ternary III-V compound, kung saan pareho ang Al at Ga ay mula sa haligi III at ang subscript x ay nauugnay sa komposisyon ng dalawang elemento mula sa 100 porsyento Al (x = 1) hanggang 100 porsyento Ga (x = 0). Ang purong silikon ay ang pinakamahalagang materyal para sa integrated circuit application, at ang mga III-V binary at ternary compound ay pinaka makabuluhan para sa light emission.

Bago ang pag-imbento ng bipolar transistor noong 1947, ang mga semiconductor ay ginamit lamang bilang mga aparato na two-terminal, tulad ng mga rectifier at photodiode. Sa unang bahagi ng 1950s, ang germanium ay ang pangunahing materyal na semiconductor. Gayunpaman, napatunayan na hindi angkop para sa maraming mga aplikasyon, dahil ang mga aparato na gawa sa materyal ay nagpakita ng mataas na mga butas na tumutulo sa mga katamtamang temperatura lamang. Mula noong unang bahagi ng 1960, ang silikon ay naging isang praktikal na kapalit, halos suplaying germanium bilang isang materyal para sa katha ng semiconductor. Ang pangunahing mga kadahilanan para sa mga ito ay dalawang beses: (1) ang mga aparato ng silikon ay nagpapakita ng mas mababang mga butas na tumutulo, at (2) mataas na kalidad na silikon dioxide (SiO ₂), na isang insulator, ay madaling makagawa. Ang teknolohiyang Silicon ay ngayon sa pinakamadaling advanced sa lahat ng mga teknolohiya ng semiconductor, at ang mga aparato na nakabase sa silikon ay bumubuo ng higit sa 95 porsyento ng lahat ng semiconductor hardware na ibinebenta sa buong mundo.

Marami sa mga compound semiconductors ay may mga de-koryenteng at optical na mga katangian na wala sa silikon. Ang mga semiconductors, lalo na ang gallium arsenide, ay ginagamit pangunahin para sa high-speed at optoelectronic na aplikasyon.