Inafasiriwa moja kwa moja kutoka kwa Wikipedia ya Kiingereza na Tafsiri ya Google

Semiconductor

Vifaa vya semiconductor ina thamani conductivity umeme kuanguka kati ya ya conductor , kama shaba, na insulator , kama vile kioo. Upinzani wao unapungua kama ongezeko la joto lao, ambayo ni tabia kinyume na ile ya chuma. Malipo yao ya uendeshaji yanaweza kubadilishwa kwa njia muhimu kwa kuanzishwa kwa makusudi ya uchafu (" doping ") katika muundo wa kioo . Ambapo mikoa miwili tofauti ya doped iko katika kioo kimoja, junction ya semiconductor imeundwa. Tabia ya flygbolag ya malipo ambayo ni pamoja na elektroni , ions na mashimo ya elektroni katika mkutano huu ni msingi wa diodes , transistors na umeme wote wa kisasa.

Vifaa vya semiconductor inaweza kuonyesha mali mbalimbali muhimu kama kupita sasa kwa urahisi katika mwelekeo mmoja kuliko nyingine, kuonyesha upinzani variable, na unyeti mwanga au joto. Kwa sababu mali ya umeme ya vifaa vya semiconductor inaweza kubadilishwa na doping, au kwa matumizi ya mashamba ya umeme au mwanga, vifaa vya kufanywa kutoka semiconductors inaweza kutumika kwa amplification, byte, na uongofu wa nishati .

Uelewaji wa kisasa wa mali ya semiconductor hutegemea fizikia ya quantum kuelezea harakati ya flygbolag malipo katika kioo kioo . [1] Doping huongezeka kwa kiasi kikubwa idadi ya wajenzi wa malipo ndani ya kioo. Wakati semiconductor ya dope ina zaidi mashimo ya bure inaitwa " p-aina ", na inapokuwa na elektroni nyingi huru hujulikana kama " aina ya n ". Vifaa vya semiconductor kutumika katika vifaa vya umeme ni doped chini ya hali sahihi ya kudhibiti mkusanyiko na mikoa ya p-na n-aina dopants. Kioo moja ya semiconductor inaweza kuwa na maeneo mengi ya p- na n-aina; majadiliano ya p-n kati ya mikoa hii ni wajibu wa tabia muhimu ya umeme.

Ingawa vipengele vyenye safi na misombo mengi huonyesha mali za semiconductor, silicon , [2] germanium , na misombo ya gallium ni wengi sana kutumika katika vifaa vya elektroniki. Elements karibu na kile kinachoitwa " staircase metalloid ", ambapo metalloids iko kwenye meza ya mara kwa mara, hutumiwa kama semiconductors.

Baadhi ya mali za vifaa vya semiconductor zilizingatiwa katikati ya 19 na miongo ya kwanza ya karne ya 20. Utekelezaji wa kwanza wa vitendo vya semiconductor katika umeme ni maendeleo ya 1904 ya detector ya Cat-whisker , diode ya semiconductor ya kwanza sana kutumika katika redio ya mapema. Maendeleo ya fizikia ya quantum kwa upande wake yaliruhusu maendeleo ya transistor mwaka wa 1947 [3] na mzunguko jumuishi mwaka 1958.

Yaliyomo

Mali

Conductivity variable
Wataalamu wa kawaida katika hali zao za asili ni wachunguzi maskini kwa sababu sasa inahitaji mtiririko wa elektroni, na semiconductors wana vikundi vya valence vilivyojazwa, kuzuia kuingia kwa elektroni mpya. Kuna mbinu kadhaa zinazoendelea ambazo zinawezesha vifaa vya semiconducting kufanya kama kufanya vifaa, kama doping au gating . Marekebisho haya yana matokeo mawili: n-aina na p-aina. Hizi zinarejelea ziada au uhaba wa elektroni, kwa mtiririko huo. Idadi isiyo ya usawa ya elektroni ingeweza kusababisha sasa kupitia kwa njia ya vifaa. [4]
Heterojunctions
Heterojunctions hutokea wakati vifaa vyenye tofauti vya doped semiconducting vimeunganishwa pamoja. Kwa mfano, usanidi inaweza kujumuisha p-doped na n-doped Gerimani . Hii inasababisha kubadilishana kati ya elektroni na mashimo kati ya vifaa tofauti vya doped semiconducting. Germani ya n-doped ingekuwa na ziada ya elektroni, na germani ya p-doped ingekuwa na mashimo mengi. Uhamisho hutokea mpaka usawa ufikia kwa mchakato unaoitwa recombination , ambayo husababisha elektroni zinazohamia kutoka kwa aina ya n kuwasiliana na mashimo ya kuhamia kutoka kwa aina ya p. Bidhaa ya mchakato huu inadhibiwa ions , ambayo husababisha uwanja wa umeme . [1] [4]
Elektroni za kusisimua
Tofauti katika uwezo wa umeme kwenye vifaa vya semiconducting ingeweza kusababisha kuondoka usawa wa joto na kujenga hali isiyo ya usawa. Hii inatangulia umeme na mashimo kwenye mfumo, ambayo huingiliana kupitia mchakato unaojulikana kama ugawanyiko wa ambipolar . Wakati wowote usawa wa joto unafadhaika katika vifaa vya semiconducting, kiasi cha mashimo na elektroni mabadiliko. Vikwazo vile vinaweza kutokea kama matokeo ya tofauti ya joto au photons , ambayo inaweza kuingia mfumo na kujenga elektroni na mashimo. Mchakato unaojenga na kuharibu elektroni na mashimo huitwa kizazi na recombination . [4]
Nuru ya mwanga
Katika semiconductors fulani, elektroni za msisimko zinaweza kupumzika kwa kuacha mwanga badala ya kuzalisha joto. [5] Hawa semiconductors hutumiwa katika ujenzi wa dutu za kutosha za diodes na dutu za fluorescent quantum .
Uongofu wa nishati ya joto
Sababu za nguvu za umeme zinakuwa na nguvu kubwa za nguvu za umeme ambazo huwafanya kuwa muhimu katika jenereta za thermoelectric , pamoja na takwimu za juu za mafuta za ufanisi zinazowafanya kuwa muhimu katika baridi za joto . [6]

Vifaa

Fuwele za silicon ni vifaa vya kawaida vya semiconducting kutumika katika microelectronics na photovoltaics .

Idadi kubwa ya vipengele na misombo ina mali ya semiconducting, ikiwa ni pamoja na: [7]

  • Mambo fulani safi hupatikana katika Kikundi cha 14 cha meza ya mara kwa mara ; muhimu zaidi ya biashara ya mambo haya ni silicon na germanium . Silicon na germanium hutumiwa hapa kwa ufanisi kwa sababu wana elektroni 4 za valence katika shell yao ya nje ambayo huwapa uwezo wa kupata au kupoteza elektroni sawa kwa wakati mmoja.
  • Mchanganyiko wa binary, hususan kati ya vipengele katika vikundi 13 na 15, kama vile gallium arsenide , Vikundi 12 na 16, makundi ya 14 na 16, na kati ya vipengele vilivyokuwa vya kikundi 14, kwa mfano, carbide ya silicon .
  • Baadhi ya misombo ya ternari, oksidi na aloi.
  • Semiconductors ya kimwili , yaliyoundwa na misombo ya kikaboni .

Vifaa vya kawaida vya semiconducting ni fuwele fuwele, lakini semoronductor amorphous na kioevu pia inajulikana. Hizi ni pamoja na silicon ya amorphous hidrojeni na mchanganyiko wa arsenic , selenium na telluriamu kwa aina mbalimbali. Mchanganyiko haya hushirikisha na semiconductor bora zaidi mali ya conductivity kati na tofauti ya haraka ya conductivity na joto, pamoja na upinzani mara kwa mara hasi . Vifaa vile visivyo na shida haviko muundo mkali wa fuwele wa semiconductor kawaida kama vile silicon. Kwa ujumla hutumiwa katika miundo nyembamba ya filamu , ambayo haihitaji vifaa vya ubora wa juu wa umeme, kuwa na kiasi kikubwa cha uchafu na uharibifu wa mionzi.

Maandalizi ya vifaa vya semiconductor

Karibu kila teknolojia ya umeme ya leo inahusisha matumizi ya semiconductor, na kipengele muhimu zaidi kuwa mzunguko jumuishi (IC), ambayo hupatikana katika Laptops , scanners, simu za mkononi , nk. Semiconductors kwa ICs ni mass-zinazozalishwa. Ili kujenga nyenzo bora za kuchanganya, utakaso wa kemikali ni muhimu. Ukosefu wowote mdogo unaweza kuwa na athari kubwa juu ya jinsi vifaa vya semiconducting hufanya kutokana na kiwango ambacho vifaa hutumiwa. [4]

Pia, kiwango cha juu cha ukamilifu wa fuwele kinahitajika, kwa sababu makosa katika muundo wa kioo (kama vile uharibifu , mapacha , na makosa ) huingiliana na mali za semiconducting ya nyenzo. Makosa ya fuwele ni sababu kubwa ya vifaa vya semiconductor defective. Kioo kikubwa, ni vigumu zaidi kufikia ukamilifu muhimu. Michakato ya uzalishaji wa molekuli ya sasa hutumia ingots za kioo kati ya 100 na 300 mm (4 na 12 in) katika kipenyo ambacho hupandwa kama vidonda na vipande vilivyowekwa ndani ya viters .

Kuna mchanganyiko wa michakato ambayo hutumiwa kuandaa vifaa vya semiconducting kwa ICs. Mchakato mmoja huitwa oxidation ya joto , ambayo huunda dioksidi ya silicon juu ya uso wa silicon . Hii hutumiwa kama mlango wa mlango na oksidi ya shamba . Mipango mengine huitwa photomasks na photolithography . Utaratibu huu nio unajenga ruwaza kwenye mzunguko katika mzunguko jumuishi. Nuru ya ultraviolet hutumiwa pamoja na safu ya photoresist ili kuunda mabadiliko ya kemikali ambayo huzalisha chati za mzunguko. [4]

Kuweka ni mchakato unaofuata unaohitajika. Sehemu ya silicon ambayo haikufunikwa na safu ya photoresist kutoka hatua ya awali inaweza sasa kuigwa. Utaratibu kuu ambao hutumiwa leo huitwa plasma etching . Uchoraji wa plasma kawaida huhusisha gesi ya etch iliyopokanzwa kwenye chumba cha chini cha shinikizo ili kuunda plasma . Gesi ya kawaida ya etch ni klorofluorocarbon , au Freon inayojulikana zaidi. Voltage high -frequency voltage kati ya cathode na anode ni nini hufanya plasma katika chumba. Safi ya silicon iko kwenye cathode, ambayo inasababisha kuwa hit na ions kushtakiwa kushtakiwa iliyotolewa kutoka plasma. Matokeo ya mwisho ni silicon ambayo imewekwa anisotropiki . [1] [4]

Mchakato wa mwisho unaitwa kutenganishwa . Hii ni mchakato unaotolewa na vifaa vya semiconducting mali taka semiconducting mali. Pia inajulikana kama doping . Utaratibu huu hutangaza atomu isiyojisikia kwa mfumo, ambayo inajenga uunganisho wa pn . Ili kupata atomi zisizosababishwa zimefungwa kwenye safu ya silicon, safu ya kwanza huwekwa katika chumba cha digrii ya 1100 ya Celsius. Atomi hujitenga na hatimaye huenea na silicon. Baada ya mchakato kukamilika na silicon imefikia joto la chumba, mchakato wa doping umefanywa na vifaa vya semiconducting tayari kutumika katika mzunguko jumuishi. [1] [4]

Fizikia ya semiconductors

Nishati bendi na umeme upitishaji

Kujaza vifaa vya umeme katika aina mbalimbali za vifaa katika usawa . Hapa, urefu ni nishati wakati upana ni wiani wa nchi zinazopatikana kwa nishati fulani katika nyenzo zilizotajwa. Kivuli kinachofuata usambazaji wa Fermi-Dirac ( nyeusi = mataifa yote yamejaa, nyeupe = hakuna hali iliyojaa). Katika metali na semimetals ngazi ya Fermi E F inaka ndani ya bendi moja. Katika insulators na semiconductors ngazi ya Fermi iko ndani ya pengo la bendi ; Hata hivyo, katika semiconductors bendi ni karibu kutosha kwa Fermi ngazi kuwa thermally wakazi na elektroni au mashimo .

Semiconductors hufafanuliwa na tabia yao ya kipekee ya conductive umeme, mahali fulani kati ya ile ya conductor na insulator. [8] Tofauti kati ya vifaa hivi inaweza kueleweka kwa mujibu wa nchi za quantum za elektroni, ambazo zinaweza kuwa na sifuri au elektroni moja (kwa kanuni ya kutengwa kwa Pauli ). Majimbo haya yanahusishwa na muundo wa bendi ya umeme wa nyenzo. Uendeshaji wa umeme hutokea kutokana na kuwepo kwa elektroni katika majimbo ambayo yanaondolewa (kupanua kwa njia ya vifaa), hata hivyo kusafirisha elektroni hali inapaswa kujazwa sehemu , iliyo na elektroni sehemu tu ya wakati. [9] Ikiwa serikali inashikilia kila mara kwa electron, basi inert, kuzuia kifungu cha elektroni nyingine kupitia hali hiyo. Nguvu za majimbo haya ni muhimu, kwa kuwa hali imejaa sehemu tu ikiwa nishati yake iko karibu na kiwango cha Fermi (angalia takwimu za Fermi-Dirac ).

Uendeshaji wa juu katika nyenzo hutoka kwa kuwa na nchi nyingi zinazojaa sehemu na uharibifu mkubwa wa hali. Vyuma ni maendeshaji mazuri ya umeme na kuwa na nchi nyingi zinazojaa sehemu na nguvu karibu na kiwango cha Fermi. Wahamiaji , kwa kulinganisha, wana wachache wa nchi zinazojazwa, viwango vyao vya Fermi hukaa ndani ya vikwazo vya bendi na majimbo machache ya nishati ya kuchukua. Muhimu, insulator inaweza kufanywa kwa kuongeza kwa joto lake: inapokanzwa hutoa nishati kukuza baadhi ya elektroni katika pengo la bendi, na kusababisha nchi zinazojazwa sehemu fulani katika bendi ya majimbo chini ya bandari ya bandari ( bandari ya valence ) na bendi ya majimbo hapo juu pengo la bendi ( bandia ya uendeshaji ). Semiconductor (wa ndani) ana pengo la bandari ambayo ni ndogo kuliko ile ya insulator na joto la kawaida idadi kubwa ya elektroni inaweza kushangilia kuvuka pengo la bandari. [10]

Hata hivyo, semiconductor safi haifai sana, kwa kuwa sio mlinzi mzuri sana wala mkufunzi mzuri sana. Hata hivyo, kipengele kimoja muhimu cha semiconductors (na baadhi ya vizuizi, wanaojulikana kama seti-insulators ) ni kwamba conductivity yao inaweza kuongezeka na kudhibitiwa na doping na uchafu na kugamba na mashamba ya umeme. Kukabiliana na kukimbia huenda hoja ya uendeshaji au bendi ya valence iko karibu na kiwango cha Fermi, na kuongeza idadi kubwa ya nchi zinazojazwa.

Baadhi ya vifaa vingi vya pembejeo za pengo nyingi wakati mwingine hujulikana kama wahamiaji wa nusu . Ukipinduliwa, haya yana conductivity ya umeme zaidi ya yale ya washughulikiaji wa umeme, hata hivyo yanaweza kuwa doped (kuwafanya kuwa muhimu kama semiconductors). Semi-insulators hupata maombi ya niche katika umeme ndogo, kama vile substrates kwa HEMT . Mfano wa kawaida ya nusu-insulator ni galliamu arsenide . [11] Vifaa vingine, kama vile titan dioksidi , vinaweza kutumiwa kama vifaa vya kuhami kwa baadhi ya programu, huku vikizingatiwa kama semiconductors kubwa ya mapato kwa ajili ya matumizi mengine.

Wafanyabiashara wa malipo (elektroni na mashimo)

Kujazwa kwa sehemu ya majimbo chini ya bendi ya uendeshaji inaweza kueleweka kama kuongeza elektroni kwenye bendi hiyo. Electron hazikaa kwa muda usiojulikana (kutokana na upungufu wa joto wa asili) lakini wanaweza kuzunguka kwa muda. Mkusanyiko halisi wa elektroni ni kawaida sana, na hivyo (tofauti na metali) inawezekana kufikiri ya elektroni katika bendi ya uendeshaji wa semiconductor kama aina ya classical gesi bora , ambapo elektroni kuruka karibu kwa uhuru bila kuwa chini ya kanuni ya kutengwa kwa Pauli . Katika semiconductors wengi bendi za uendeshaji zina uhusiano wa mchanganyiko , na hivyo elektroni hizi zinajibu majeshi (shamba la umeme, shamba la magnetic, nk) kama vile ingekuwa katika utupu, ingawa kuna masafa tofauti. [10] Kwa sababu elektroni hufanya kama gesi bora, mtu anaweza pia kutafakari juu ya uendeshaji kwa maneno rahisi sana kama mfano wa Drude , na kuanzisha dhana kama uhamisho wa electron .

Kwa kujaza sehemu ya juu ya bendi ya valence, ni muhimu kuanzisha dhana ya shimo la elektroni . Ingawa elektroni katika bendi ya valence daima huzunguka, bendi kamili ya valence inert, si kufanya yoyote ya sasa. Ikiwa electron inachukuliwa nje ya bendi ya valence, basi trajectory ambayo elektroni ingekuwa ya kawaida imechukua sasa haipo malipo yake. Kwa madhumuni ya sasa ya umeme, hii mchanganyiko wa bendi kamili ya valence, kuondoa elektroni, inaweza kubadilishwa kuwa picha ya bendi tupu kabisa iliyo na chembe iliyotumiwa vizuri ambayo huenda sawasawa na elektroni. Pamoja na wingi usiofaa wa elektroni juu ya bendi ya valence, tunakuja kwenye picha ya chembe iliyotumiwa kwa uaminifu inayojibu kwa umeme na magnetic kama vile chembe ya kawaida ya kushtakiwa ingeweza kufanywa, tena na baadhi ya chanya molekuli yenye ufanisi. [10] Chembe hii inaitwa shimo, na mkusanyiko wa mashimo katika bendi ya valence inaweza kueleweka tena kwa maneno ya kawaida (kama ilivyo na elektroni katika bendi ya uendeshaji).

Carrier kizazi na uchanganyishaji

Wakati mionzi ya ioniska imeshambulia semiconductor, inaweza kuvutia electron nje ya kiwango cha nishati na hivyo kuondoka shimo. Utaratibu huu unajulikana kama kizazi cha jozi cha elektroni . Jozi za umeme za shimo zinazalishwa mara kwa mara kutokana na nishati ya joto , bila kutokuwepo na chanzo chochote cha nishati ya nje.

Vipande vya shimo vya elektroni pia vinafaa kutengeneza tena. Uhifadhi wa nishati unahitaji kwamba matukio haya ya kukataa, ambapo elektroni inapoteza kiasi cha nishati kubwa kuliko pengo la bendi , iongozwe na chafu ya nishati ya joto (kwa namna ya phonons ) au mionzi (kwa njia ya photons ).

Katika baadhi ya majimbo, kizazi na recombination ya jozi ya elektroni-shimo ni katika equipoise. Idadi ya jozi ya elektroni-shimo katika hali ya kutosha katika joto lililopewa hutolewa na mechanics ya takwimu za quantum . Sahihi quantum mitambo utaratibu wa kizazi na uchanganyishaji zinasimamiwa na uhifadhi wa nishati na uhifadhi wa kasi .

Kama uwezekano kwamba elektroni na mashimo hukutana pamoja ni sawa na bidhaa ya kiasi chao, bidhaa hiyo iko katika hali ya kutosha mara kwa mara katika joto la kutolewa, na kutoa kwamba hakuna shamba muhimu la umeme (ambalo linaweza "kuvuta" wajenzi wa aina zote mbili, au kuwahamisha kutoka mikoa ya jirani iliyo na wengi wao kukutana pamoja) au kizazi cha jozi nje. Bidhaa ni kazi ya joto, kama uwezekano wa kupata nishati ya kutosha ya mafuta ili kuzalisha jozi kuongezeka na joto, kuwa wastani wa exp (- E G / kT ), ambapo k ni mara kwa mara Boltzmann , T ni joto kabisa na E G ni pengo la bendi.

Uwezekano wa mkutano huongezeka kwa mitego ya carrier-uchafu au uharibifu ambao unaweza kumtegemea electron au shimo na kushikilia mpaka jozi imekamilika. Mitego ya carrier hiyo wakati mwingine kwa makusudi imeongezwa ili kupunguza muda unaohitajika ili kufikia hali imara. [12]

Doping

Conductivity ya semiconductors inaweza kubadilishwa kwa urahisi kwa kuingiza uchafu ndani ya bandia la kioo . Mchakato wa kuongeza uchafu uliosaidiwa kwa semiconductor unajulikana kama doping . Kiasi cha uchafu, au dopant, aliongeza kwa semiconductor ya asili (safi) inatofautiana kiwango cha conductivity. Semiconductors za dope zinajulikana kama extrinsic . Kwa kuongeza uchafu kwa semiconductors safi, conductivity umeme inaweza kuwa tofauti na sababu ya maelfu au mamilioni.

Sampuli 1 cm 3 ya chuma au semiconductor ina amri ya atomi 10 22 . Katika chuma, kila chembe donates angalau moja ya bure elektroni kwa upitishaji, hivyo 1cm 3 ya chuma ina juu ya mara 10 22 elektroni bure, ambapo 1cm 3 sampuli ya Gerimani safi katika 20 ° C ina kuhusu 4.2 × 10 atomi 22 , lakini 2.5 × 10 13 elektroni bure na 2.5 × 10 13 mashimo. Ugavi wa asilimia 0.001 ya arsenic (uchafu) hutoa zaidi ya 17 17 elektroni bure katika kiasi sawa na conductivity umeme inaongezeka kwa sababu ya 10,000.

Vifaa vinavyochaguliwa kama dopants zinazofaa hutegemea mali za atomiki za dopant na vifaa vinavyopigwa. Kwa ujumla, dopants zinazozalisha mabadiliko yaliyotakiwa kudhibitiwa huwekwa kama watokezaji wa elektroni au wafadhili . Wataalam wa daktari wa doped na uchafu wa wafadhili huitwa n-aina , wakati wale walio na daraka na uchafu wa kukubali wanajulikana kama aina ya p . N na p aina nyadhifa zinaonyesha ambayo malipo vitendo carrier kama nyenzo ya carrier wengi . Mto wa kinyume huitwa carrier mdogo , ambao hupo kutokana na msisimko wa joto katika ukolezi wa chini sana ikilinganishwa na wingi wa carrier.

Kwa mfano, silicon safi ya semiconductor ina elektroni nne za valence ambazo hufunga kila atomi ya siliconi kwa majirani zake. Katika silicon, dopants ya kawaida ni kikundi cha III na vipengele vya kikundi V. Vipengele vya kikundi cha III vyote vyenye elektroni za valence tatu, vinavyowafanya waweze kukubalika kama wakubali wakati wa kutumia silicon. Wakati atomi ya kukubali inachukua nafasi ya atomi ya silicon kwenye kioo, hali isiyo wazi (shimo la elektroni) imeundwa, ambayo inaweza kuzunguka jiji na kazi kama mtoa huduma. Vikengele vya V Vilivyo na elektroni za valence tano, ambazo huwawezesha kutenda kama wafadhili; badala ya atomi hizi kwa silicon hujenga electron ya ziada ya ziada. Kwa hiyo, kioo cha silicon kilichombwa na boroni kinajenga semiconductor ya aina ya papo ambapo doped moja na fosforasi hupata matokeo ya aina ya n.

Wakati wa utengenezaji , dopants zinaweza kutenganishwa katika mwili wa semiconductor kwa kuwasiliana na misombo ya gesi ya kipengele taka, au implantation ion inaweza kutumika kwa usahihi nafasi ya mikoa ya doped.

Historia ya awali ya semiconductors

Historia ya ufahamu wa semiconductors huanza na majaribio kwenye vifaa vya umeme vya vifaa. Mali ya mzunguko mbaya wa joto wa kupinga, kurekebishwa, na unyeti wa mwanga ulizingatiwa kuanzia mwanzoni mwa karne ya 19.

Thomas Johann Seebeck alikuwa wa kwanza kutambua athari kutokana na semiconductors, mwaka wa 1821. [13] Mwaka wa 1833, Michael Faraday aliripoti kuwa upinzani wa sampuli za fedha hupungua wakati wanapokanzwa. Hii ni kinyume na tabia ya vitu vya chuma kama vile shaba. Mwaka wa 1839, AE Becquerel aliripoti uchunguzi wa voltage kati ya electrolyte imara na kioevu wakati inapigwa na mwanga, athari ya photovoltaic . Mnamo mwaka wa 1873 Willoughby Smith aliona kuwa upinzani wa seleniamu huonyesha upinzani uliopungua wakati mwanga unaanguka juu yao. Mwaka 1874 Karl Ferdinand Braun aliona conduction na kurekebishwa katika sulphides ya chuma, ingawa athari hii ilikuwa kugunduliwa mapema na MA Rosenschold kuandika kwa Annalen der Physik und Chemie mwaka 1835, [14] na Arthur Schuster kupatikana kuwa shaba oxide safu juu ya waya ina mali za kurekebisha ambazo zinakoma wakati waya zinakaswa. Adams na Siku waliona athari za photovoltaic katika seleniamu mwaka 1876. [15]

Maelezo ya umoja wa matukio hayo yalihitajika nadharia ya fizikia imara-hali iliyoendelea sana katika nusu ya kwanza ya karne ya 20. Mnamo mwaka 1878 Edwin Herbert Hall alionyesha uharibifu wa wahamishaji wa malipo unaotokana na shamba la magnetic, athari ya Hall . Ugunduzi wa electron na JJ Thomson mwaka wa 1897 ulisababisha nadharia za conduction-msingi conduction katika solids. Karl Baedeker , kwa kuchunguza athari ya Hall na ishara ya nyuma kwa hiyo katika metali, inaelezea kuwa iodidi ya shaba ilikuwa na flygbolag za malipo nzuri. Johan Koenigsberger alitoa vitu vyenye nguvu kama metali, insulators na "conductors variable" mwaka 1914 ingawa mwanafunzi wake Josef Weiss tayari ameanzisha neno Halbleiter (semiconductor katika maana ya kisasa) katika dhana ya PhD mwaka 1910. [16] [17] Felix Bloch alichapisha nadharia ya harakati za elektroni kupitia lattices ya atomi mwaka 1928. Mwaka 1930, B. Gudden alisema kuwa conductivity katika semiconductors ilikuwa kutokana na viwango vidogo vya uchafu. Mnamo 1931, nadharia ya bendi ya uendeshaji ilianzishwa na Alan Herries Wilson na dhana ya mapungufu ya bendi yalikuwa yameandaliwa. Walter H. Schottky na Nevill Francis Mott walitengeneza mifano ya kizuizi cha uwezo na sifa za makutano ya chuma-semiconductor . Mnamo 1938, Boris Davydov alikuwa ameanzisha nadharia ya rectifier ya shaba-oksidi, kutambua athari za mkutano wa p-n na umuhimu wa flygbolag wachache na majimbo ya uso. [18]

Mkataba kati ya utabiri wa kinadharia (kulingana na kuendeleza mechanics ya quantum) na matokeo ya majaribio wakati mwingine ilikuwa maskini. Hii baadaye ilifafanuliwa na John Bardeen kutokana na tabia kali "muundo nyeti" wa semiconductors, ambao mali zao hubadilika kwa kiasi kikubwa kwa kiasi kidogo cha uchafu. [18] Vifaa vya usafi wa kibiashara vya miaka ya 1920 yenye vigezo tofauti vya kufuatilia uchafu vinazalisha matokeo tofauti ya majaribio. Hii ilisababisha maendeleo ya mbinu za kusafisha nyenzo bora, na kufikia katika kusafishia mazao ya kisasa ya semiconductor huzalisha vifaa na usafi wa sehemu kwa kila trilioni.

Vifaa vya kutumia semiconductors vilijengwa kwa mara ya kwanza kulingana na ujuzi wa maandishi, kabla ya nadharia ya semiconductor iliwapa mwongozo wa ujenzi wa vifaa vinavyotumika zaidi na vya kuaminika.

Alexander Graham Bell alitumia mali nyekundu ya seleniamu kutangaza sauti juu ya boriti ya mwanga mwaka wa 1880. Kiini cha jua kilichofanya kazi, cha ufanisi mdogo, kilijengwa na Charles Fritts mwaka wa 1883 kwa kutumia sahani ya chuma iliyotiwa na selenium na safu nyembamba ya dhahabu; kifaa kilikuwa cha manufaa kibiashara kwa mita za mwanga katika miaka ya 1930. [18] Jukumu la kuwasiliana na microwave detector yaliyotokana na sulfidi ya risasi ilitumiwa na Jagadish Chandra Bose mwaka wa 1904; detector ya cat-whisker kutumia galena ya asili au vifaa vingine vilikuwa kifaa cha kawaida katika maendeleo ya redio . Hata hivyo, ilikuwa haitabiriki kutumiwa na inahitajika marekebisho ya mwongozo kwa utendaji bora. Mnamo mwaka wa 1906 HJ Round iliona mwanga wa kutosha wakati umeme wa sasa ulipitia kwa fuwele za silicon carbide, kanuni inayofuata diode ya mwanga . Oleg Losev aliona uchafu sawa wa mwanga mwaka wa 1922 lakini wakati huo athari hakuwa na matumizi ya vitendo. Wafanyabiashara wa nguvu, kwa kutumia oksidi ya shaba na seleniamu, walipatikana katika miaka ya 1920 na wakawa muhimu kwa biashara kama njia mbadala ya kurekebisha tube ya utupu . [15] [18]

Katika miaka kabla ya Vita Kuu ya II, vifaa vya kugundua na vifaa vya mawasiliano vyekundu vinasababisha utafiti katika vifaa vya sulfudi na risasi-selenide. Vifaa hivi vilikutumiwa kwa kuchunguza meli na ndege, kwa vijidudu vya infrared, na kwa mifumo ya mawasiliano ya sauti. Detector-kuwasiliana kioo detector kuwa muhimu kwa mifumo ya redio microwave, tangu zilizopo vifaa vya tube utupu haiwezi kutumika kama detectors juu kuhusu 4000 MHz; mifumo ya rada ya juu ilitegemea majibu ya haraka ya detectors kioo. Utafiti mkubwa na maendeleo ya vifaa vya silicon yalitokea wakati wa vita kuendeleza detectors ya quality thabiti. [18]

Detector na rectifiers nguvu hawakuweza kuongeza signal. Jitihada nyingi zilifanywa ili kuendeleza amplifier imara-hali na ilifanikiwa katika kuendeleza kifaa kinachojulikana kama kituo cha kuwasiliana na transistor ambayo inaweza kuongeza 20db au zaidi. [18] Mwaka wa 1922, Oleg Losev alianzisha viwango viwili vya mwisho vya upinzani , vibaya vya redio, na akaangamia katika kuzingirwa kwa Leningrad baada ya kukamilika kwa mafanikio. Mnamo mwaka 1926 Julius Edgar Lilienfeld halali kifaa kilichofanana na transistor ya kisasa ya athari, lakini haikuwa hai. R. Hilsch na RW Pohl mwaka wa 1938 walionyesha amplifier imara-hali kwa kutumia muundo unaofanana na gridi ya kudhibiti ya tube ya utupu; ingawa kifaa kilionyeshwa nguvu, kilikuwa na mzunguko wa kukatwa kwa mzunguko mmoja kwa pili, chini sana kwa matumizi yoyote ya vitendo, lakini matumizi mazuri ya nadharia iliyopo. [18] Katika Bell Labs , William Shockley na A. Holden walianza kuchunguza amplifiers imara-hali mwaka 1938. Mkutano wa kwanza wa p-n katika silicon ulizingatiwa na Russell Ohl mnamo 1941, wakati specimen ilionekana kuwa nyepesi, na mipaka mkali kati ya p-aina ya uchafu kwa mwisho mmoja na n-aina nyingine. Kipande kilichokatwa kutoka kwa specimen kwenye mipaka ya p-n ilijenga voltage wakati inavyoonekana.

Nchini Ufaransa, wakati wa vita, Herbert Mataré alikuwa ameona upanuzi kati ya mawasiliano ya karibu karibu na msingi wa germanium. Baada ya vita, kikundi cha Mataré kilitangaza amplifier yao " Transistron " muda mfupi tu baada ya Bell Labs kutangaza " transistor ".

Angalia pia

  • Sekta ya semiconductor
  • Mbinu za utambulisho wa semiconductor

Marejeleo

  1. ^ a b c d Feynman, Richard (1963). Feynman Lectures on Physics . Basic Books.
  2. ^ "Silicon Semiconductor" . http://call1.epizy.com/ . Retrieved 2017-02-15 . External link in |website= ( help )
  3. ^ Shockley, William (1950). Electrons and holes in semiconductors : with applications to transistor electronics . R. E. Krieger Pub. Co. ISBN 0-88275-382-7 .
  4. ^ a b c d e f g Neamen, Donald. "Semiconductor Physics and Devices" (PDF) . Elizabeth A. Jones.
  5. ^ By Abdul Al-Azzawi. " Light and Optics: Principles and Practices ." 2007. March 4, 2016.
  6. ^ "How do thermoelectric coolers (TECs) work?" . marlow.com . Retrieved 2016-05-07 .
  7. ^ B.G. Yacobi, Semiconductor Materials: An Introduction to Basic Principles , Springer 2003 ISBN 0-306-47361-5 , pp. 1–3
  8. ^ Yu, Peter (2010). Fundamentals of Semiconductors . Berlin: Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-00709-5 .
  9. ^ As in the Mott formula for conductivity, see Cutler, M.; Mott, N. (1969). "Observation of Anderson Localization in an Electron Gas". Physical Review . 181 (3): 1336. Bibcode : 1969PhRv..181.1336C . doi : 10.1103/PhysRev.181.1336 .
  10. ^ a b c Charles Kittel (1995) Introduction to Solid State Physics , 7th ed. Wiley, ISBN 0-471-11181-3 .
  11. ^ J. W. Allen (1960). "Gallium Arsenide as a semi-insulator". Nature . 187 (4735): 403–405. Bibcode : 1960Natur.187..403A . doi : 10.1038/187403b0 .
  12. ^ Louis Nashelsky, Robert L.Boylestad. Electronic Devices and Circuit Theory (9th ed.). India: Prentice-Hall of India Private Limited. pp. 7–10. ISBN 978-81-203-2967-6 .
  13. ^ Kirj.ee
  14. ^ Google Books
  15. ^ a b Lidia Łukasiak & Andrzej Jakubowski (January 2010). "History of Semiconductors" (PDF) . Journal of Telecommunication and Information Technology : 3.
  16. ^ Busch, G (1989). "Early history of the physics and chemistry of semiconductors-from doubts to fact in a hundred years". European Journal of Physics . 10 (4): 254–264. Bibcode : 1989EJPh...10..254B . doi : 10.1088/0143-0807/10/4/002 .
  17. ^ Google Books
  18. ^ a b c d e f g Peter Robin Morris (1990) A History of the World Semiconductor Industry , IET, ISBN 0-86341-227-0 , pp. 11–25

Kusoma zaidi

  • A. A. Balandin & K. L. Wang (2006). Handbook of Semiconductor Nanostructures and Nanodevices (5-Volume Set) . American Scientific Publishers. ISBN 1-58883-073-X .
  • Sze, Simon M. (1981). Physics of Semiconductor Devices (2nd ed.) . John Wiley and Sons (WIE). ISBN 0-471-05661-8 .
  • Turley, Jim (2002). The Essential Guide to Semiconductors . Prentice Hall PTR. ISBN 0-13-046404-X .
  • Yu, Peter Y.; Cardona, Manuel (2004). Fundamentals of Semiconductors : Physics and Materials Properties . Springer. ISBN 3-540-41323-5 .
  • Sadao Adachi (2012). The Handbook on Optical Constants of Semiconductors: In Tables and Figures . World Scientific Publishing. ISBN 978-981-4405-97-3 .
  • G. B. Abdullayev, T. D. Dzhafarov, S. Torstveit (Translator), Atomic Diffusion in Semiconductor Structures, Gordon & Breach Science Pub., 1987 ISBN 978-2-88124-152-9

Viungo vya nje