Metheo ea Fisiks ea Semiconductor
Fisiks ea semiconductor ke lekala la fisiks le ithutang boitšoaro le litšobotsi tsa thepa ea semiconductor. Thepa ena e bohlokoa theknolojing ea sejoale-joale, kaha li-semiconductor ke thepa ea mantlha e sebelisoang kahong ea lisebelisoa tsa elektroniki tse kang li-transistors, li-diode le lipotoloho tse kopaneng (ICs). Sehloohong sena, re tla akaretsa metheo ea fisiks ea semiconductor, ho kenyeletsoa sebopeho sa athomo, khopolo-taba ea sehlopha, doping, le lits'ebetso tse sebetsang.
1. Sebopeho sa Athomo sa Li-semiconductor
Di-semiconductor ke thepa e nang le thepa ea ho tsamaisa motlakase e oelang pakeng tsa ea li-conductor (joalo ka koporo) le li-insulator (joalo ka khalase). Thepa ea semiconductor e sebelisoang haholo ke silicon (Si) le germanium (Ge). Ka bobeli li na le meaho e tloaelehileng ea kristale eo liathomo tsa tsona li hokahaneng ka mokhoa o tsitsitseng.
Sebopeho sa athomo sa semiconductor se susumetsa haholo thepa ea elektroniki ea thepa. Ka mohlala, liathomo tsa silicon li na le lielektrone tse 'ne tsa valence tse ka etsang litlamo tsa covalent le liathomo tse ling tsa silicon ka sebopeho sa kristale ea tetrahedral. Athomo e 'ngoe le e 'ngoe ea silicon ka har'a kristale e hokahantsoe le liathomo tse 'ne tse haufi, e leng se etsang marang-rang a tsitsitseng a mahlakore a mararo.
2. Khopolo-taba ea Sehlopha
Ho utloisisa hore na li-semiconductor li sebetsa joang, re hloka ho utloisisa khopolo-taba ea sehlopha, e hlalosang kabo ea matla a lielektrone ka har'a thepa. Khopolo-taba ea sehlopha, matla a lielektrone ka har'a thepa a emeloa ke mefuta e 'meli ea lihlopha tsa matla: sehlopha sa valence le sehlopha sa conduction.
– Lebanta la Valence: Ena ke lebanta la eneji le sebediswang ke dielektrone tlasa maemo a tlwaelehileng. Dielektrone tse ka hara lebanta la valence di tlamelletswe ka thata ho athomo mme di ke ke tsa tsamaya ka bolokolohi.
– Lebanta la Phetisetso: Ena ke lebanta la eneji le ka hodima lebanta la valence le ka sebediswang ke dielektrone tse nang le matla a lekaneng. Dielektrone tse lebanta la phetisetso di na le bolokolohi bo eketsehileng ba ho tsamaya, e leng se di dumellang ho bapala karolo phetisetso ya motlakase.
Pakeng tsa sehlopha sa valence le sehlopha sa conduction ho na le lekhalo la matla le bitsoang Energy Gap kapa Band Gap. Ho di-conductor, lekhalo lena la sehlopha le lenyenyane haholo kapa ha le eo, le dumellang dielektrone ho tsamaya habonolo ho tloha sehlopheng sa valence ho ya sehlopheng sa conduction. Ho di-insulator, lekhalo lena la sehlopha le leholo haholo, kahoo dielektrone tse mmalwa feela di ka fihlella sehlopha sa conduction.
Ka lehlakoreng le leng, di-semiconductor di na le lekhalo le itekanetseng la lebanta. Dielektrone di ka tsamaya ho tloha lebanta la valence ho ya lebanta la conduction haeba di fuwa matla a lekaneng, mohlala ka mocheso kapa di-photon (lesedi).
3. Ho sebelisa lithethefatsi tse feteletseng
Tsela e 'ngoe ea ho laola ho tsamaisa motlakase ha semiconductor ke ka ho se sebelisa ka doping. Ho sebelisa doping ke mokhoa oa ho eketsa litšila kapa liathomo tsa likarolo tse ling ho semiconductor se hloekileng ho fetola litšobotsi tsa sona tsa ho tsamaisa motlakase.
– Ho sebelisa lithethefatsi tsa mofuta oa N: Ho kenyelletsa ho eketsa karolo e nang le lielektrone tse ngata tsa valence ho feta semiconductor ea motheo. Mohlala, haeba re eketsa phosphorus (P) ho silicon, re fana ka lielektrone tse ling tse ka eketsang conductivity ea motlakase. Sena se bitsoa semiconductor ea mofuta oa n ka lebaka la lielektrone tse mpe tse ngata.
– Ho sebelisa P-type doping: Ho kenyelletsa ho eketsoa ha element e nang le dielektrone tse fokolang tsa valence ho feta base semiconductor. Mohlala, haeba re eketsa boron (B) ho silicon, re hlahisa "masoba" sebopehong sa kristale a sebetsang e le bajari ba tjhaja ba positive. Sena se bitswa p-type semiconductor ka lebaka la boteng ba masoba a positive.
4. Mojari oa Mojaro le Motsamao
Ho di-semiconductor, mefuta e mmedi e meholo ya dijari tsa tjhaja ke dielektrone le masoba. Dielektrone ke dikarolwana tse tjhajwang hampe, ha masoba e le mohopolo wa dikgeo tsa dielektrone tse ka tsamayang ka hara sebopeho sa kristale.
– Ho Tsamaya ha Elektrone: Ho lekanya lebelo leo dielektrone di ka tsamayang ka lona ka hara semiconductor ha motlakase o sebediswa.
– Ho Tsamaea ha Likoti: Ho lekanya hore na likoti li ka tsamaea ka lebelo le lekae ka har'a semiconductor.
Ho tsamaya ha sejari sa tjhaja ho itshetlehile ka mabaka a mmalwa, ho kenyeletswa mocheso le mofuta wa dopant e sebediswang. Dithempereichareng tse phahameng, matla a eketsehileng a mocheso a ka etsa hore sejari sa tjhaja se tsamaye haholoanyane empa hape se eketsa dikamano pakeng tsa sejari sa tjhaja le diathomo tse ka hara kristale, e leng se ka thibelang motsamao wa tsona.
5. pn junction (pn Junction)
Kopano pakeng tsa mefuta e 'meli ea li-semiconductor, mofuta oa p le mofuta oa n, e theha sebopeho sa bohlokoa lisebelisoa tsa semiconductor tse kang diode, li-transistors le li-photovoltaics. Kopano ea p-n e na le thepa e ikhethang ea ho lumella motlakase ho phalla ka lehlakoreng le leng empa eseng ka lehlakoreng le fapaneng, e leng se etsang hore e be karolo ea bohlokoa ho laoleng motlakase.
– Diode: Karolo e dumellang motlakase ho phalla ka lehlakoreng le le leng feela. Ha motlakase o ka pele o sebediswa ho diode (motlakase o etsang hore lehlakore la p le be le letle ho feta lehlakore la n), motlakase o ka phalla. Ka lehlakoreng le leng, ha motlakase o ka morao o sebediswa ho diode, ha ho phallo ya motlakase.
– Transistor: Sesebelisoa se eketsang kapa se fetolang motlakase. Ka har'a transistor, ho na le mefuta e 'meli ea li-p-n junctions tse hlophisitsoeng ho laola phallo ea lielektrone.
6. Ditshebediso tsa Semiconductor
Li-semiconductor ke tsa bohlokoa haholo lisebelisoa tsa elektroniki tsa sejoale-joale. Tse ling tsa lits'ebetso tsa tsona tsa bohlokoa li kenyelletsa:
– Dipotoloho tse Kopantsweng (di-IC): Di-IC tse bitswang hape di-microchip, ke dipokello tsa di-transistors tse ngata le dikarolo tse ding tsa elektroniki tse kopantsweng ho chip e le nngwe. Ke tsona motheo wa dikhomphutha, di-smartphone le disebediswa tse fapaneng tsa elektroniki.
– Diode tse ntšang lesedi (LED): Di-LED di sebedisa thepa ya semiconductor ho hlahisa lesedi ha motlakase o sebediswa. Di boloka matla haholo mme di sebediswa dikopong tse fapaneng, ho tloha mabone a lapeng ho isa di-screen tsa pontsho.
– Photovoltaic (PV): Lisele tsa PV, kapa lisele tsa letsatsi, li sebelisa li-semiconductor ho fetolela matla a leseli ka ho toba hore e be matla a motlakase. Ha li-photon tse tsoang khanyeng ea letsatsi li otla semiconductor, li fana ka matla a lekaneng hore lielektrone li tlole lekhalo la sehlopha, li hlahise motlakase.
7. Liphephetso le Lipatlisiso tsa Nakong e Tlang
Diphuputso di ntse di tswela pele ho fumana thepa e ntjha ya di-semiconductor e sebetsang hantle haholoanyane, e theko e tlase, mme e na le thepa e lakatsehang bakeng sa ditshebediso tse itseng. Mohlala, di-semiconductor tse thehilweng ho gallium nitride (GaN) kapa graphene di fana ka monyetla wa disebediswa tsa elektroniki tse potlakileng le tse sebetsang hantle nakong e tlang.
Liphephetso tse ling li kenyelletsa ho boloka botsitso le ts'ebetso ea lisebelisoa tsa semiconductor mochesong o phahameng le maemong a feteletseng a tikoloho, hammoho le ho hlola meeli ea lisebelisoa tse sa tloaelehang tse sebelisoang ho sebelisa lithethefatsi.
Qetello
Fisiks ea semiconductor ke tšimo ea bohlokoa le e rarahaneng, e thehiloeng boholo ba theknoloji ea sejoale-joale ea elektroniki. Ka ho utloisisa likhopolo tsa motheo tse kang sebopeho sa athomo, khopolo-taba ea sehlopha, doping, le lits'ebetso tse sebetsang, re ka ananela le ho nts'etsapele mahlale a nakong e tlang a itšetlehileng ka li-semiconductor. Lipatlisiso tse tsoelang pele le boqapi thepa ea semiconductor li tla tsoela pele ho sutumelletsa meeli ea se ka khonehang ka lisebelisoa tsa elektroniki.
