Vad är bandgapet för semi -ledare?

Hej där! Som semi -ledare leverantör får jag ofta frågad om bandgapet av halvledare. Så jag trodde att jag skulle sitta ner och prata med er allt om vad det är, varför det betyder något och hur det påverkar halvledarnas värld.

Låt oss börja med grunderna. Vad är exakt ett bandgap? Tja, i ett fast material finns det elektroner i olika energinivåer. Dessa energinivåer grupperas i band. Det finns två huvudband vi är intresserade av när det gäller halvledare: Valence Band och The Conduktion Band.

Valence -bandet är bandet där elektronerna är tätt bundna till materialets atomer. Dessa elektroner är inte fria att röra sig och genomföra el lätt. Å andra sidan är ledningsbandet där elektroner kan röra sig fritt och bära en elektrisk ström.

Bandgapet är energiskillnaden mellan toppen av valensbandet och botten av ledningsbandet. Det är som en "förbjuden zon" för elektroner. Elektroner måste få tillräckligt med energi för att hoppa över detta gap från valensbandet till ledningsbandet innan de kan bidra till elektrisk ledning.

Nu kanske du undrar, varför är bandgapet så viktigt? Det spelar en avgörande roll för att bestämma de elektriska egenskaperna hos en halvledare. Baserat på storleken på bandgapet kan vi klassificera material till ledare, halvledare och isolatorer.

I ledare, som metaller, överlappar Valence Band och Conduktion Band. Detta innebär att det alltid finns gott om gratis elektroner tillgängliga för att bära en elektrisk ström, och de kan enkelt röra sig. Som ett resultat har ledare mycket lågt motstånd och är utmärkta när det gäller att genomföra el.

Isolatorer har å andra sidan ett mycket stort bandgap. Det är så stort att det är extremt svårt för elektroner att få tillräckligt med energi för att hoppa från valensbandet till ledningsbandet. Så isolatorer har mycket hög motstånd och utför inte el.

Halvledare faller någonstans däremellan. De har ett måttligt bandgap. Vid absolut nolltemperatur uppför sig en halvledare som en isolator eftersom det inte finns några elektroner i ledningsbandet. Men när temperaturen ökar får vissa elektroner tillräckligt med termisk energi för att hoppa över bandgapet och komma in i ledningsbandet. Detta skapar ett litet antal fria elektroner och hål (frånvaron av en elektron i valensbandet) som kan bidra till elektrisk ledning.

Förmågan att kontrollera antalet fria elektroner och hål i en halvledare är det som gör dem så användbara i elektroniska enheter. Genom att lägga till föroreningar till en halvledare (en process som kallas doping) kan vi ytterligare modifiera dess elektriska egenskaper. Till exempel, att lägga till en liten mängd pentavalent förorening (ett element med fem valenselektroner) till en halvledare som kisel skapar en halvledare av N -typ, som har ett överskott av fria elektroner. Att lägga till en trivalent förorening (ett element med tre valenselektroner) skapar AP -halvledare, som har ett överskott av hål.

Bandgapet påverkar också andra egenskaper hos halvledare, till exempel deras optiska egenskaper. Halvledare med ett lämpligt bandgap kan ta upp fotoner av ljus och generera elektronhålpar. Detta är principen bakom solceller, som omvandlar solljus till elektricitet. Omvänt, när en elektron och ett hål rekombineras i en halvledare, kan de avge en foton av ljus. Detta används i ljus - avgivande dioder (lysdioder) och halvledarlasrar.

Det finns olika typer av bandgap i halvledare: direkta och indirekta bandgap. I en direktband Gap Semiconductor förekommer det minsta för ledningsbandet och maximalt för valensbandet vid samma punkt i momentumutrymmet. Detta innebär att när en elektron och ett hål rekombinerar kan de enkelt avge en foton av ljus. Exempel på halvledare i direktband Gap inkluderar galliumarsenid (GAAS), som används allmänt i optoelektroniska enheter.

I en indirekt band Gap Semiconductor förekommer det minsta av ledningsbandet och maximalt för valensbandet vid olika punkter i momentum -utrymmet. För en elektron - hålrekombination för att avge en foton är en fonon (en kvantitet av gittervibration) också involverad för att bevara fart. Detta gör processen mindre effektiv för ljusemission. Silicon är ett exempel på en indirekt band Gap Semiconductor, och det används främst i elektroniska enheter snarare än optoelektroniska.

När det gäller tillverkning av halvledare använder vi en mängd olika verktyg och material. Till exempel,Konisk kolvanvänds ofta i de kemiska processerna som är involverade i halvledartillverkning. Dessa kolvar är bra för att blanda och lagra kemikalier säkert.Kvartsrörär också viktiga. De används i höga temperaturprocesser som glödgning, där halvledarmaterialet värms upp för att modifiera dess egenskaper. OchKvartsflänsanvänds i halvledarbearbetningsutrustning för att hålla och stödja skivorna under olika operationer.

Som en semi -ledare leverantör förstår jag vikten av att tillhandahålla halvledare av hög kvalitet med välkontrollerade bandgap. Oavsett om du arbetar med att utveckla nästa - generation elektroniska enheter, solpaneler eller optoelektroniska komponenter är det avgörande att ha rätt halvledarmaterial.

Om du är på marknaden för halvledare och vill lära dig mer om hur bandgapet påverkar prestandan för dina produkter, eller om du har specifika krav för dina projekt, skulle jag gärna prata med dig. Vi kan diskutera de olika typerna av tillgängliga halvledare, deras bandgapegenskaper och hur de bäst kan passa dina behov. Så tveka inte att nå ut och starta en konversation om din halvledarupphandling.

Referenser

• "Solid State Physics" av Ashcroft och Mermin
• "Semiconductor Physics and Devices" av Donald A. Neamen