Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι υλικού ημιαγωγών;

Οι ημιαγωγοί αποτελούν βασικά συστατικά των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών και έτσι είναι ένα από τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία της σύγχρονης τεχνολογίας.Για να είναι κατάλληλο ως υλικό ημιαγωγών, μια ουσία πρέπει να έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα που βρίσκεται μεταξύ εκείνης των μονωτήρων, οι οποίοι διεξάγουν πολύ λίγη ηλεκτρική ενέργεια και αγωγούς, οι οποίοι επιτρέπουν την ρεύμα της ηλεκτρικής ενέργειας πολύ εύκολα.Τα περισσότερα υλικά ημιαγωγών είναι κρυσταλλικά ανόργανα στερεά, αν και υπάρχουν ημιαγωγοί κατασκευασμένα από άμορφα στερεά και υγρά.Τα κοινά υλικά ημιαγωγών περιλαμβάνουν πυρίτιο, αρσενίδιο γαλλίου και νιτρίδιο του γαλλίου, αν και υπάρχουν και άλλα.Εκτός από αυτά τα πρωτογενή υλικά, οι ημιαγωγοί συχνά περιέχουν επίσης μικρές ποσότητες άλλων ουσιών, γνωστών ως ντοπατ.Τα ηλεκτρόνια των υλικών, προκαλώντας μερικά από αυτά να μετακινηθούν από τη ζώνη σθένους χαμηλής ενέργειας στην υψηλότερη ενέργεια, λιγότερο συνωστισμένη ζώνη αγωγιμότητας.Αυτό επιτρέπει στα ενεργοποιημένα ηλεκτρόνια να μετακινούνται μέσω του υλικού πιο ελεύθερα, δημιουργώντας θετικά φορτισμένα κενά στη ζώνη σθένους που ονομάζονται τρύπες ηλεκτρονίων.Αυτό επιτρέπει την ρέει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του ημιαγωγού.Με το χειρισμό μιας αγωγιμότητας ημιαγωγών, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διακόπτης.Οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται επίσης για τους αισθητήρες παραγωγής ηλιακής ενέργειας και ανίχνευσης φωτός, επειδή μπορούν να παράγουν μια ροή ηλεκτρικού ρεύματος όταν ενεργοποιούνται κατάλληλα από τα εισερχόμενα φωτόνια φωτός.και ένα από τα πιο συνηθισμένα στοιχεία της γης.Οι περισσότεροι ημιαγωγοί πυριτίου έχουν μια κανονική κρυσταλλική δομή στην οποία τα άτομα τους είναι διατεταγμένα, αλλά μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν μη κρυσταλλικά ή άμορφο πυρίτιο.Οι ημιαγωγοί άμορφου πυριτίου έχουν κατώτερη απόδοση σε σύγκριση με το κρυσταλλικό πυρίτιο, αλλά το άμορφο πυρίτιο μπορεί να εναποτίθεται σε πολύ λεπτότερα στρώματα, τα οποία μπορούν να μειώσουν το κόστος του υλικού.Το αρσενίδιο του γαλλίου είναι ανώτερο από το πυρίτιο σε διάφορες απόψεις, όπως ταχύτερη εναλλαγή και μεγαλύτερη αντίσταση στη θερμότητα.Είναι επίσης πιο δαπανηρό και πιο δύσκολο να επεξεργαστεί, ωστόσο, και έτσι χρησιμοποιείται συνήθως μόνο για εφαρμογές στις οποίες το πυρίτιο είναι ανεπαρκές.Επίσης, πάσχει από υψηλότερη κατανάλωση ενέργειας.Το αρσενίδιο του γαλλίου χρησιμοποιείται συνήθως για σκοπούς όπως ηλεκτρονικά υψηλής ταχύτητας και φωτοβολταϊκά κύτταρα υψηλής απόδοσης.

Μια άλλη ένωση γαλλίου που χρησιμοποιείται για ημιαγωγούς είναι το νιτρίδιο του γαλλίου (GAN), το οποίο μπορεί να λειτουργήσει σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες και τάσεις και έτσι χρησιμοποιείται συχνά για γιαΕφαρμογές που περιλαμβάνουν μικροκύματα.Το νιτρίδιο του γαλλίου χρησιμοποιείται επίσης σε διόδους εκπομπής φωτός (LED) και δίοδοι λέιζερ υψηλής συχνότητας, καθώς και σε ορισμένα στρατιωτικά ραντάρ.Μπορεί επίσης να συνδυαστεί με ένα άλλο υλικό ημιαγωγού, νιτριδίου ινδίου (Inn), για να παράγει ένα μείγμα που ονομάζεται νιτριδικό ινδικό γαλλικό.Το νιτριδικό γάλλιο ινδίου χρησιμοποιείται συνήθως σε LED και μπορεί επίσης να είναι ένα εξαιρετικά αποτελεσματικό υλικό για τα ηλιακά κύτταρα.

Οι ημιαγωγοί συχνά περιέχουν μικρές ποσότητες προσομοιώσεων για να μεταβάλλουν τις αγώγιμες ιδιότητές τους ανάλογα με τη λειτουργία τους.Τα κοινά ντοπατά σε πυρίτιο περιλαμβάνουν τα βόριο στοιχείων, τον φωσφόρο και το αρσενικό.Το αρσενικό γάλλιο και το νιτρίδιο του γαλλίου με τα μέταλλα όπως το μαγγάνιο έχουν τόσο ημιαγωγικές όσο και σιδηρομαγνητικές ιδιότητες.