تحقیق سیلیسیوم

-1- مواد نیم رسانا

جریان الكتریكی در فلز از حركت بارهای منفی (الكترونها) و در نیم رساناها از حركت بارهای منفی (الكترونها) و بارهای مثبت (حفره ها) ناشی می شود. مواد نیم رسانا اعم از سیلیسیوم و ژرمانیوم می توانند بوسیله اتم های ناخالص چنان آلائیده شوند كه جریان الكتریكی عمدتاً از الكترونها یا حفره ها شود. نیم رساناها گروهی از مواد هستند كه رسانایی الكتریكی آنها بین فلزات و عایق ها قرار دارد. بلور كامل و خالص اغلب نیمه رساناها در صفر مطلق عایق است. ویژگیهای متخصه نیم رساناها این است كه رسانایی آنها با تغییر دما، برانگیزش نوری و میزان ناخالص به نحو قابل ملاحظه ای تغییر می كند. این قابلیت تغییر خواص الكتریكی، مواد نیمه رسانا را انتخاب مناسبی برای تحقیق در زمینه قطعات الكترونیكی ساخته است. نیم رساناها رساناهای الكترونیكی هستند كه مقاومت ویژه آنها در دمای اطاق عموماً در گستره^2-10 تا ⁹ 10 واقع است. این گستره در بین مقادیر مقاومت ویژه رساناهای خوب ^6-10 و عایقها ¹⁴ 10 تا ²² 10 قرار دارد ]1[ و ]2[

مقاومت ویژه نیم رساناها می تواند قویاً به دما وابسته باشد، وسایلی از قبیل، ترانزیستورها، یكسوسازها، مدوله كننده ها، آشكارسازها، ترمیستورها و فوتوسلها براساس ویژگیهای نیم رساناها كار می كنند. رسانندگی یك نیم رساناها بطور كلی نسبت به دما، روشنایی، میدان مغناطیسی، مقدار دقیق ناخالصی اتم ها حساسیت دارد. مطالعه مواد نیم رسانا در اوایل قرن نوزدهم شروع شده در طول سالها نیم رساناهای فراوانی مورد مطالعه قرار گرفته اند.

جدول 1 قسمتی از جدول تناوبی مربوط به نیمه رساناها را نشان می دهد. نیم رساناهای عنصری یعنی آنهایی كه از نمونه های منفرد اتم ها تشكیل می شوند، نظیر سیلیسیوم (Si) و ژرمانیوم (Ge) را می توان در ستون IV پیدا نمود. مع ذلك، نیم رساناهای مركب بیشماری از دو یا تعداد بیشتری عنصر تشكیل می گردند. برای مثال گالیوم آرسنید (GaAs) یك تركیب III-V است كه تركیبی از گالیوم از ستون III و آرستیك (As) از ستون V می باشد. در جدول 2 لیست بعضی از نیم رساناهای عنصری و مركب ارائه شده است. ]1[

جدول 1- قسمتی از جدول تناوبی مربوط به نیم رسانه ها

جدول 2- نیمه رسانای عنصری و مركب

نیم رساناهای بسیار خاص از خود رسانندگی ذاتی نشان می دهند كه از رسانندگی ناخالصی در نمونه های با خلوص كمتر متمایز است.

در گستره دمای ذاتی ویژگیهای الكتریكی نیم رسانا در اثر ناخالصی های بلور اساساً تغییر نمی كند. یك طرح نواری الكترونی كه به رسانندگی ذاتی منجر می شود.

شكل 1-1- طرح نواری برای رسانندگی ذاتی در نیم رسانا. در صفر كلوین رسانندگی صفر است، زیرا تمام حالتهای نوار ظرفیت پر و تمام حالتهای نوار رسانش خالی اند. با افزایش دما الكترونها بطور گرمایی از نوار ظرفیت به نوار رسانش برانگیخته و در آنها متحرك می شوند...

...