Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

A subscription to JoVE is required to view this content.
You will only be able to see the first 20 seconds.

 

半导体

Article

Transcript

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

半导体广泛用于生成电子,全球半导体产业的基础。

半导体是通常具有导电性绝缘体和大多数金属,如铜或金之间的固态物质。最常见的半导体材料是晶体硅,可在薄、 抛光硅片的形式。

有两种主要类型的半导体,p 型和 n 型。这些都被捏造和不同的配置,打造像 p-n 结或 p-n-磷晶体管的半导体器件中彼此相邻。每个配置具有独特的电学性质在不同的电子设备中有用。

这个视频将介绍半导体材料的基本原则和形式的一个二极管 p-n 结的属性。下一步,它将说明一步一步的协议来表征一个二极管,其次是半导体的一些实际应用。

最纯的或内在的半导体,如硅,都不是优秀的电导体。这是因为每个硅原子有其价或最外层壳中的四个电子。它与相邻的硅原子形成共价键,创建没有自由电子的晶格结构对共享这些电子。因此半导体是更导电杂质,加入过程进行了也称为掺杂,形成掺杂或非本征半导体。

这些杂质有两种类型: 捐助者和受众。"捐助者",像磷和砷,有五个电子,在他们的价壳层。其中四个用来形成共价键与相邻的硅原子。剩余的一个电子可以自由地通过晶格移动。这种类型的掺杂半导体,电子是占主导地位的电荷载流子,称为 n 型半导体材料。

现在如果杂质是一种受体分子,像硼或铝,结果是不同的。这些受体有只有三个电子,在他们的价壳层。因此,当承兑人原子形成债券与周围的硅原子,它留下正电荷称为有效地表现为正电电子的"洞"区域。这个洞是现在自由移动穿梭的格子。这种类型的掺杂半导体,洞中大多数的电荷载流子,称为 p 型半导体。

现在,当单个半导体晶体或硅片上的一个区域掺杂施主原子和相邻区域掺入受主原子,形成 p-n 结。P 和 n 地区之间的接口称为交界处边界。

在交界处的边界,n 区的过剩电子漫向 p 区,和 p 区的过剩孔同时向 n 区弥漫性。

由于这种扩散,施主原子 n 地区成为不动的正离子,而受主原子在 p 区成为不动的负电的离子。因此,在 p 和 n 地区之间的界限,耗尽区",是缺乏在移动电子和形成孔。

在 p 型耗尽区负离子击退从 n 区扩散到 p 区,而 n 型耗尽区中的正离子击退从 p 区向 n 区扩散的孔的电子。

换句话说,从积聚的离子在耗尽区电场有效地阻止电流从流经交界处。然而,当前可通过施加一个电压,过路口再次流动。

如果应用了很积极的压降,也被称为"向前偏见",耗尽区宽度减小,降低该区域的电场作用下,由于其中电子和空穴跳不过去的交界处,和因而配置电流流过。

相反,如果在交界处施加一个负电压降,称为"反向偏置",然后耗尽区宽度增大。这反过来增加了该区域的电场强度和电子的流动阻力和孔跨交界处。

因此仅在通过 p-n 结的一个方向流过的电流。肖克利半导体方程可以用于计算此电流作为二极管的电压降和温度的函数。在这里,'e' 是电子的电荷,n 是如何真正的二极管执行相对理想二极管的特点理想因子、 'Kb' 是玻尔兹曼常数,和 '功课 ' 相对来说是小的泄漏电流流经该设备,即使它是反向偏置。

在完成了基础知识,让我们现在审查一步一步的协议来表征 p-n 结。第一次获得必要的材料和文书,即半导体二极管、 发光二极管或 LED、 电源、 两个数字万用表、 1 公斤欧姆电阻、 一些香蕉电缆和连接器和温度计。

看看半导体二极管和验证有一个红色的终端和一个黑色的终端。黑色的终端所谓的阴极和红色终端是阳极。

接下来,连接电阻串联的二极管阳极。然后,使用香蕉缆线,将电源的正极端子连接到电阻无关结束。下一次连接二极管的阴极电流表正极端子和安培计的负面终端到电源完成电路,完成电路的负极端子。

该二极管现在是前偏。房间的温度记录。接下来,设置电源养活 + 5 伏直流电流通过电路。

二极管是前偏,应该是通过电路,电流和电压下降二极管两端。

接下来,连接积极的主导作用的第二个万用表了二极管的阳极和阴极负领先。确保万用表处于电压表模式和测量的电压降。此外请注意当前记录由安培计。

现在,调整电源生成不同的电压和使用电压表和通过使用电流表的电流二极管两端记录相应下降。

而且在此基础上,注意每个阅读,环境温度,对二极管电压范围重复议定书 》。

一旦所有的测量记录,断开电压表和关闭电源。保持一切相同,翻转二极管的阳极和阴极连接现在颠倒,二极管在反向偏压模式连接。

打开电源,并重新电压表连接跨二极管,用万用表相连的二极管和消极导致阴极阳极积极的主导作用。

记录通过二极管、 温度及电流流过二极管电压范围为二极管的电压降。关闭电源并断开连接的二极管。

最后,连接 LED 代替二极管,并观察 LED 在正向和反向偏置配置范围的电压下降。

随着议定书 》 现在完成,让我们回顾一下两者的结果使用二极管和 LED 的正向和逆向偏压试验。首先,计算各种电压二极管电流通过滴眼液使用肖克利半导体方程和制造商提供异口同声值。例如,293 开尔文温度,测量的二极管电压为 555 毫电子伏特,可以计算流过二极管的电流要 0.913 毫安培。

在表中列出与连接在正向和反向偏置的二极管电路测量典型结果。计算结果与实测电流绘制为测量的二极管电压的函数。这被称为"特性曲线"的二极管。

故事情节反映了指数的依赖性的实测和计算电流二极管电压。具体来说,它被观察时,二极管正向偏置,它允许电流流过。

但当二极管反向偏颇,没有电流流过,有效地使它只允许电流在一个方向阀。仍设法流,甚至当二极管反向偏置,微小的电流是饱和电流。

半导体形成从简单的 Led 用于到复杂的超级计算机,用于科学数据处理目的我们电视显示整个电子产业的基础。

半导体是习惯不仅生成 p-n 结二极管,但也是 n-p-n 的晶体管或 n p 结。这些晶体管是所有现代电子学的基础,他们可以用来构造逻辑门,这是不可以执行与、 或、 基本布尔逻辑运算的电路和 nand 闪存。可以组合这些逻辑操作,根据需要执行更复杂的操作,例如数字的加法和乘法。它甚至可以用于生成计算机的处理器和内存。

半导体材料也可以用于在光学电子产生光的应用程序。例如,发光二极管或 LED 是发光时激活的 p-n 结。当一个合适的电压适用于它时,电子重组与洞内的设备,能量以光的形式释放。

由半导体制成的发光二极管是比传统的白炽灯泡更多节能型光源。因此,Led 在应用程序环境和任务照明、 电子显示和先进的通信技术。

你刚看了半导体的朱庇特的简介。现在,您应该了解原则、 运作方式和 p-n 结特性半导体基础的知识。谢谢观赏 !

Read Article

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter