אוספים

סוגי חומרים של מוליכים למחצה "קבוצות וסיווגים

סוגי חומרים של מוליכים למחצה

ישנם סוגים רבים ושונים של חומר מוליך למחצה.

סוגים שונים אלה של מוליכים למחצה הם בעלי מאפיינים שונים במקצת ומתאימים ליישומים שונים בצורות שונות של התקני מוליכים למחצה.

חלקם עשויים להיות רלוונטיים ליישומי אות סטנדרטיים, אחרים למגברים בתדרים גבוהים, בעוד שסוגים אחרים עשויים להיות רלוונטיים ליישומי חשמל וסביבות קשות או אחרים ליישומים פולטי אור. כל היישומים השונים הללו נוטים להשתמש בסוגים שונים של חומרי מוליכים למחצה.

סוגים / סיווגים של מוליכים למחצה

ישנן שתי קבוצות או סיווגים בסיסיים שניתן להשתמש בהם כדי להגדיר את סוגי המוליכים למחצה השונים:

  • חומר פנימי: סוג פנימי של חומר מוליך למחצה שעשוי להיות טהור מאוד מבחינה כימית. כתוצאה מכך הוא בעל רמת מוליכות נמוכה מאוד עם מספר מועט מאוד של נושאות מטען, כלומר חורים ואלקטרונים, שיש לו בכמויות שוות.
  • חומר חיצוני: סוגים של מוליכים למחצה Extrinisc הם כאלה שבהם נוספה כמות קטנה של טומאה לחומר הפנימי הבסיסי. 'סימום' זה משתמש באלמנט מקבוצת טבלה מחזורית אחרת ובדרך זו יהיו לו פחות או יותר אלקטרונים ברצועת הערך מאשר המוליך למחצה עצמו. זה יוצר עודף או מחסור באלקטרונים. באופן זה ישנם שני סוגים של מוליכים למחצה: אלקטרונים הם נושאים בעלי מטען שלילי.
    • סוג N: חומר מוליך למחצה מסוג N מכיל עודף אלקטרונים. באופן זה, אלקטרונים חופשיים זמינים בתוך הסריגים ותנועתם הכללית לכיוון אחד בהשפעת הבדל פוטנציאלי גורמת לזרימת זרם חשמלי. זאת במוליכים למחצה מסוג N, נושאי המטען הם אלקטרונים.
    • סוג P: בחומר מוליך למחצה מסוג P קיים מחסור באלקטרונים, כלומר יש 'חורים' בסריג הקריסטל. אלקטרונים עשויים לנוע ממצב ריק למצב אחר ובמקרה זה ניתן לראות כי החורים נעים. זה יכול לקרות בהשפעת הבדל פוטנציאלי וניתן לראות את החורים זורמים לכיוון אחד וכתוצאה מכך זרימת זרם חשמלי. למעשה קשה יותר לנוע בחורים מאשר לזוז אלקטרונים חופשיים ולכן ניידות החורים קטנה מזו של אלקטרונים חופשיים. חורים הם נשאים טעונים חיובי.

קבוצות חומרים של מוליכים למחצה

חומרים מוליכים למחצה הנפוצים ביותר הם מוצקים אנאורגניים גבישי. חומרים אלה מסווגים לעיתים קרובות על פי מיקומם או קבוצתם בטבלה המחזורית. קבוצות אלה נקבעות על ידי האלקטרונים במסלול החיצוני ביסודות המסוימים.

בעוד שרוב חומרי המוליכים למחצה המשמשים אינם אורגניים, מספר גדל והולך של חומרים אורגניים נחקר ונמצא גם בשימוש.

רשימת חומרי מוליכים למחצה

ישנם סוגים רבים ושונים של חומרי מוליכים למחצה בהם ניתן להשתמש במכשירים אלקטרוניים. לכל אחד מהם יתרונות משלו, חסרונות ואזורים בהם ניתן להשתמש בהם בכדי להציע ביצועים מיטביים.


חוֹמֶרסמל כימי
/ נוסחה
קְבוּצָהפרטים
גרמניוםGeIVסוג זה של חומר מוליך למחצה שימש במכשירים מוקדמים רבים החל מדיודות גילוי מכ"ם ועד הטרנזיסטורים הראשונים. דיודות מראות מוליכות הפוכה ומקדם טמפרטורה גבוהים יותר גרמו לכך שטרנזיסטורים מוקדמים עלולים לסבול מבורח תרמי. מציע ניידות מטען טובה יותר מסיליקון ולכן משמש עבור מכשירי RF מסוימים. לא נעשה שימוש נרחב בימינו כמו חומרים מוליכים למחצה טובים יותר.
סִילִיקוֹןסIVסיליקון הוא הסוג הנפוץ ביותר של חומר מוליך למחצה. יתרונו העיקרי הוא בכך שהוא קל לייצור ומספק תכונות חשמליות ומכניות כלליות טובות. יתרון נוסף הוא שכאשר משתמשים בו למעגלים משולבים הוא יוצר תחמוצת סיליקון באיכות גבוהה המשמשת לשכבות בידוד בין אלמנטים פעילים שונים של ה- IC.
גליום ארסנידGaAsIII-Vגליום ארסניד הוא הסוג השני של המוליכים למחצה שנמצא בשימוש הנפוץ ביותר אחרי סיליקון. הוא נמצא בשימוש נרחב במכשירי RF בעלי ביצועים גבוהים שבהם משתמשים בתנועתיות האלקטרונים הגבוהה שלו. הוא משמש גם כמצע למוליכים למחצה III-V אחרים, למשל. InGaAs ו- GaInNAs. עם זאת זהו חומר שביר ובעל ניידות חורים נמוכה יותר מסיליקון, מה שהופך יישומים כגון טרנזיסטורי CMOS מסוג P לבלתי אפשריים. זה גם יחסית קשה לייצר וזה מגדיל את העלויות של מכשירי GaAs.
קרביד סיליקוןSiCIVסיליקון קרביד מוצא שימושים במספר יישומים. הוא משמש לעתים קרובות במכשירי חשמל שבהם הפסדיו הם נמוכים משמעותית וטמפרטורות ההפעלה יכולות להיות גבוהות יותר מאלו של מכשירים מבוססי סיליקון. לסיליקון קרביד יכולת פירוק שהיא פי עשרה מזו של הסיליקון עצמו. צורות של סיליקון קרביד היו סוגים של חומר מוליך למחצה ששימשו כמה צורות מוקדמות של נוריות צהוב וכחול.
גליום ניטרידגאןIII-Vחומר מוליך למחצה מסוג זה מתחיל להיות נרחב יותר בטרנזיסטורים למיקרוגל בהם יש צורך בטמפרטורות ועוצמות גבוהות. הוא משמש גם בכמה מכשירי IC למיקרוגל. קשה לסמן גאן לתת אזורים מסוג p והוא רגיש גם ל- ESD, אך יחסית לא רגיש לקרינה מייננת. שימש בכמה נוריות LED.
גליום פוספידפערIII-Vחומר מוליך למחצה זה מצא שימושים רבים בטכנולוגיית LED. הוא שימש בהרבה נוריות LED בהירות נמוכות עד בינוניות המייצרות מגוון צבעים התלויים בתוספת חומרים מסמים אחרים. פוספיד גאליום טהור מייצר אור ירוק, מסומם בחנקן, הוא פולט צהוב-ירוק, מסומם ב- ZnO הוא פולט אדום.
קדמיום גופרתיCdSII-VIמשמש בנגדי פוטו וגם בתאי שמש.
עופרת גופריתPbSIV-VIחומר מוליך למחצה זה שימש כמינרל גאלנה, ובגלאי הרדיו המוקדמים ביותר המכונים 'שפם החתול', שם נוצר קשר נקודתי עם חוט הפח אל הגאלנה כדי לספק תיקון האותות.


צפו בסרטון: מוליכים ומבודדים (סֶפּטֶמבֶּר 2021).