Félvezető

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Czochralski-módszerrel készült egykristály szilíciumtömb

A félvezetők olyan anyagok, amelyek fajlagos ellenállása a vezetők és a szigetelők közé esik. A félvezetők fajlagos elektromos vezetése közönséges hőmérsékleten 10−9 – 103 1/Ωcm, azaz gyengén vezetik az áramot és nem jók szigetelőnek sem. Alacsony hőmérsékleten a félvezető szigetelőként viselkedik, de szobahőmérsékleten sajátvezetése van. Az ilyen anyagok másik jellemző tulajdonsága az ellenállása hőmérsékletfüggése. A félvezetők ellenállása a hőmérséklettel exponenciálisan csökken, tehát elektromos ellenállásuk negatív hőmérsékleti együtthatóval (NTC) rendelkezik.

Típusai[szerkesztés]

Vannak elemi félvezető anyagok amelyek tiszta állapotban rendelkeznek a fenti tulajdonságokkal: a germánium (Ge) a szilícium (Si) és a szelén (Se). A szilárd oldat típusú félvezetők: a gallium-arzenid (GaAs), alumínium-gallium-arzenid (AlGaAs), indium-gallium-arzenid (InGaAs), indium-antimonid (InSb), szilícium-karbid (SiC), ólom-tellurid (PbTe), stb.Néhány vegyület félvezető tulajdonságokat mutat: ólom-szulfid (PbS), a titán-oxid (TiO2) és a réz-oxid (Cu2O) műszaki nevén kuprox.

A félvezető jelleg egyes anyagokban célzott szennyezéssel, azaz dópolással befolyásolható. A dópolatlan formában is félvezető tulajdonságú anyagokat intrinszik félvezetőknek, a dópolás során félvezető jelleget öltő anyagokat extrinszik félvezetőknek nevezik.

Egyes alkalmazásokban, például a félvezetőiparban a szigetelőket gyakran nagy tiltott sávú félvezetőknek tekintik. Ez annyiban jogos elnevezés, hogy az intrinszik félvezetők, és a szigetelők között nem húzható éles határ, csupán az alapján tehető különbség, hogy mely hőmérsékleten alakul ki bennük a tiltott sávon át termikus gerjesztés.

Fizikai jellemzői[szerkesztés]

A félvezetőknél a vegyértéksáv és a vezetési sáv közötti tiltott sáv mindössze pár elektronvolt szélességű (a germánium esetében 0,7 eV, a szilícium esetében 1,1 eV). Sok elektron már szobahőmérsékleten is rendelkezik akkora termikus energiával, hogy átugorjon a vezetési sávba, pozitív töltésű mozgékony elektronlyukat hagyva maga után. Így a vezetési sávban az elektronok, a vegyértéksávban pedig a lyukak képesek vezetni. A töltéshordozók kialakulása révén az anyag vezeti az elektromos áramot.

A germánium félvezetők maradékfeszültsége élettartama, működési hőmérséklete alacsonyabb.

A félvezető ellenállásának csökkentése érdekében a félvezetőt adalékolják, dópolják. Az alkalmazott adalékatomnak eggyel több vagy kevesebb elektronja van, mint a félvezetőnek. Ha eggyel több, akkor negatív, n-típusú félvezetőről beszélünk (az adalék atomokat pedig donornak nevezik), ellenkező esetben pozitív (P) típusúról (az adalékatomokat pedig akceptoroknak nevezik). Az N típusú félvezetőben már alacsony hőmérsékleten is az összes donor elveszít egy elektront, és ezek a vezetési sávba kerülnek, így növelve a vezetőképességet. P típusú félvezető esetében az akceptorok a vegyértéksávból megkötnek egy-egy elektront, így növelve a lyukak koncentrációját és ezáltal növelve a vezetőképességet.

Alkalmazásai[szerkesztés]

A félvezetőket az elektronikában már több mint 50 éve használják. Belőlük épül fel az egyenirányító dióda, a tranzisztor, és még sok más elem (tirisztor, LED, fotodióda).

Manapság a félvezetőiparban többféle felvezető anyagot használnak, például szilíciumot, gallium-arzenidet (GaAs). Régebben a germánium félvezetők voltak az elterjedtebbek.

Források[szerkesztés]

Szakkönyvek[szerkesztés]

  • Ginsztler J., Hidasi B., Dévényi L. (2005): Alkalmazott anyagtudomány. 2 . jav. kiad. - Egyetemi tankönyv, Műegyetemi Kiadó, Budapest
  • Handbook of Semiconductor Nanostructures and Nanodevices (5-Volume Set). American Scientific Publishers (2006). ISBN 1-58883-073-X 
  • Sze, Simon M.. Physics of Semiconductor Devices (2nd ed.). John Wiley and Sons (WIE) (1981). ISBN 0-471-05661-8 
  • Turley, Jim. The Essential Guide to Semiconductors. Prentice Hall PTR (2002). ISBN 0-13-046404-X 
  • Fundamentals of Semiconductors : Physics and Materials Properties. Springer (2004). ISBN 3-540-41323-5 
  • Sadao Adachi. The Handbook on Optical Constants of Semiconductors: In Tables and Figures. World Scientific Publishing (2012). 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 9782881241529

Ismeretterjesztő weblapok[szerkesztés]

Jegyzetek[szerkesztés]