在任何导电物质,是什么航空公司收取吗?确定电荷载体的金属物质,半导体物质,和导电液体。
”电荷载体”是任何粒子具有一个电荷,通过物质构成的协调运动产生电流。不同的物质有不同的电荷载体:
金属是迄今为止最简单的材料来了解关于电传导。指出你的学生,正是这种简单性使金属传导那么容易数学模型(欧姆定律,E = R)。
电子在原子的一个常见的概念模型是“行星”模式,与电子描绘成轨道卫星旋转在原子核的“行星”。物理学家欧内斯特·卢瑟福称为这个原子模型的发明者。
主要改进这个概念来自尼尔斯·波尔的原子模型,引入了电子居住的想法“静止的状态”原子的原子核周围,只能承担一个新的国家的量子飞跃:突然从一个能级“跳”到另一个地方。
什么使波尔的激进的提议“量子跳跃”作为替代的卢瑟福模型?实验证据导致科学家放弃旧的行星的原子模型,和这些证据与现代电子产品吗?
原子的电子占据“量子化”能量状态特征所反映的某些原子发出的光的波长时由外部能源“兴奋”。卢瑟福的行星模型不能解释这种行为,因此一个新的原子模型的必要性。
半导体电子产品是由物理学“量子革命”。电流穿过半导体充分解释除了量子理论是不可能的。
挑战的问题:执行的一个实验,可以认为在课堂上演示特征波长发出的“兴奋”原子。
单独的原子,电子可以自由居住在只有特定的,离散的能量状态。然而,在固体材料中有许多原子相互靠近,乐队能量状态的形式。解释是什么意思有一个能量“乐队”在固体材料,以及为什么这些“乐队”的形式。
泡利不相容原理的指出:“在近距离内,没有两个电子可能居住在相同的量子态。”Therefore, when lots of atoms are packed together in close proximity, their individual electron states shift energy levels slightly to become continuous乐队的能量水平。
问问你的学生认为类比来说明这一原则。我们还看到多个单个实体加入在一起形成更大的(连续的)?
工程师和科学家经常使用能带图以图形的方式说明了能级的电子在不同的物质。电子显示为固体点:
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基于这些图,回答下列问题:
可悲的是,许多入门教材过于简单化了的定义半导体通过声明他们是物质的原子包含四价层电子(外级别)。硅和锗通常作为两个主要的半导体材料。
然而,有更多的“半导体”要比这个简单的定义。例如元素碳,也有4个价电子就像原子硅和锗。但并不是所有形式的碳是半导体:钻石是(高温),但石墨不是,微管被称为“碳纳米管”可以进行或半导体通过不同直径和“扭率。”
提供一个更准确的定义什么是“半导体”,基于电子乐队。同时,一些其他半导体物质名称。
半导体物质的大小是由价带和导带之间的差距。这个定义在元素物质,通常是在晶体材料有四个价电子。然而,其他材料也满足因此也半导体带隙标准。这里列出了一些:
砷化镓是广泛使用在撰写本文时(2004),其他的大多是在发展阶段。然而,他们中的一些人显示巨大的希望,尤其是氮化镓和碳化硅的应用高功率,高温度和/或高频率。
我发现它令人沮丧的多少介绍电子文本屠夫半导体物理学的主题以“哑了”技术人员消费,而事实上这些错误真的混淆。此外,我还没有读(2004年10月)一个介绍性的文字,即使是困扰提到物质除了硅锗半导体,尽管大量的研究和开发领域的半导体材料
值得庆幸的是,互联网提供了大量的最新信息,为开始学生的简单理解。这个问题的目的是让学生研究以外的其他来源(写得很差)教科书。
如果一个纯(“内在”)半导体材料加热,热能释放一些价带电子到导带。价带中留下的空缺孔:
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如果一个电电压在加热半导体物质,左边用积极和消极的在右边,这能量乐队做什么,以及这将如何影响电子和空穴吗?
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对一些学生而言是难以把握的概念。我发现有助于解释一个类比没有电子的可能不过是一个粒子是指在水中气泡。当观察泡沫的空气清晰,水管,它肯定看起来像泡沫离散粒子实际上,即使我们知道他们是空洞没有水的地方。的想法,没有人阻止泡沫分配方向和速度,即使他们真的是什么而不是!
能量带倾斜的原则,由于电场的存在至关重要对于学生理解如果他们掌握PN结的操作。类比这有助于可视化电子和空穴运动是把这两个乐队(传导和价)作为两个不同的管道,使水。上管(导带)主要是空的,只有运行下坡的水滴。底部管(价带)大多是装满了水,气泡上坡。
一个主要点我希望沟通是“洞流”不仅仅是一个镜像的电子传导。“洞流”是一个完全不同的电子运动的机制。电子是唯一真正的电荷载体在任何固体材料,但“洞”通常被称为“航母”,因为他们代表一个浅显易懂的价电子的运动的标志。通过引用“洞”对自己为实体,它更好的区分两种形式的电子运动(导带与价带)。
你可能想指出学生,如果他们还没有发现它通过自己的研究,是没有所谓的“洞流”金属。在金属中,100%的通过导带电子传导发生。这一现象的双模电子流只发生在有价带和导带的带隙分离。这是有趣的,因为许多文本(甚至一些高级工程教科书!)将“传统流”当前的符号称为“洞流”,即使当前存在于金属线。
完全纯(“内在”)半导体,载流子可以存在的唯一方法就是对价电子与应用程序“飞跃”到传导带足够的能量,离开洞或空缺,在价带:
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有足够的热能,这些电子空穴对将自发形成。在室温下,然而,这种活动是轻微的。
我们可以大大提高电荷载体形成通过添加特定杂质半导体材料。原子的能量状态有不同的电子构型不正是“混合”与父半导体晶体的电子乐队,导致额外的能量形式。
某些类型的杂质会导致额外的捐赠潜伏在主要的导带电子的晶体。这些类型的杂质被称为五价的,因为他们有5个价电子/原子而不是4作为父物质通常具有:
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其他类型的杂质会导致空电子水平(受体“洞”)形成的主要价带上方水晶。这些类型的杂质被称为三价,因为他们有3个价电子/原子而不是4:
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比较容易形成自由(传导带)电子在半导体材料有许多“供体”电子,对内在的(纯)半导体材料。哪种类型的材料将更多的导电吗?
同样的,比较容易形成价带空穴在半导体材料有许多“受体”洞,在这种内在的(纯)半导体材料。哪种类型的材料将更多的导电吗?
热能从环境资源的影响下,五价的“供体”原子导致自由电子在导带:
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同样,三价原子“受体”有助于在价带孔:
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在这两种情况下,添加杂质,否则纯半导体材料可用电荷载体的数量增加。
学生掌握最重要的概念是,杂质的加入增加了可用的数量航空公司收取在一个半导体物质。什么是绝缘体的纯态可以通过添加杂质导电不同程度。
描述一个之间的区别内在和一个外在半导体物质。
一个“内在”半导体材料是绝对纯粹的。“外在”半导体材料掺杂剂(s)添加了增强导电性。
只是一个简单的定义,仅此而已。这很容易中引用任何介绍性教科书。
什么类型的物质(s)必须被添加到一个本征半导体为了产生“供体”电子呢?在这样做时,我们如何表示这种类型的“掺杂”半导体物质?
同样的,什么类型的物质(s)必须被添加到一个本征半导体为了产生“受体”洞吗?在这样做时,我们如何表示这种类型的“掺杂”半导体物质?
创建电子供体,您必须添加一个物质与更多的价电子基半导体材料。当这样做时,它被称为一个n型半导体。
创建受体洞,您必须添加一个物质与数量较小的价电子基半导体材料。在这样做时,它被称为p型半导体。
后续问题:识别一些常见的“供体”(n型)和“受体”(p型掺杂物)。
当掺杂硅和锗基板,使用的材料被归类为五价的或三价物质。问问你的学生,其中一个条款是指更大的价数,并指的是较小的价数。
掺杂浓度有什么影响在非本征半导体的导电性?
越集中的“兴奋剂”,材料的电导率越大。
几个术语被用在这个问题(掺杂,外在)。一定要问问你的学生他们的意思,如果只是为了审查。同时,问问你的学生与他们的答案的运营商收费。
必须做些什么来一个本征半导体把它变成一个“n型半导体?
五价的掺杂剂必须添加到它,创建电子供体。
这里没什么评论,因为这类问题可以通过任何介绍性教科书的研究很容易回答。
必须做些什么来把它变成一个本征半导体p型半导体?
三价掺杂剂必须添加到它,创建受体洞。
这里没什么评论,因为这类问题可以通过任何介绍性教科书的研究很容易回答。
在非本征半导体,是什么多数航空公司和他们如何不同少数运营商吗?
“大多数航空公司”负责运营商现有的有目的的掺杂元素的材料。“少数运营商”相反的电荷载体类型,存在于半导体只因为它是不可能完全消除杂质生成。
我们所说的纯半导体材料,“掺杂”的半导体材料与正确的数量和类型的掺杂物,但现实是不可能保证完美的质量控制,因此将在任何其他杂质半导体样品。
问问你的学生专门识别绝大多数和少数运营商收取“P”和“N”型非本征半导体。在每种情况下,它们是电子,或漏洞?
温度有什么影响在半导体材料的导电性?这是如何与温度对电导率的影响的一个典型的金属?
解释什么费米能级是一种物质。
“费米能级”的最高能级电子将在物质的温度达到绝对零度。
有时帮助使用类比进行说明。费米能级的一个比喻是想象一壶开水,水分子代表电子和高度代表能级。在环境温度条件下,有许多水分子离开液面(电子),和一些返回它。冷却罐低于沸点,然而,所有的水分子返回液体的物质水平代表了费米能级。
画的近似位置费米水平这三个能级图:
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注意有多少费米能级的影响的掺质原本纯净的半导体材料。理解这种效应对半导体PN结的理解至关重要。
一个有趣的实验,由j·r·海耶斯和w·肖克利在1950年初的一个酒吧的n型锗和两个金属接触点标记E”和“C”“发射器”和“收藏家”分别为:
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在驱动开关,两个截然不同的脉冲被发现在示波器上显示:
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用更少的漂移电压(V漂移)应用于各个杆的长度,第二个脉冲被进一步推迟和扩散:
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第一个脉冲的瞬时效应(精确定时开关的关闭)不是这个实验最有趣的方面。相反,第二个脉冲(延迟)。解释是什么导致了第二个脉冲,为什么它的形状取决于V漂移。
第二个脉冲出现的“云”洞注入n型锗点接触发射器的酒吧。V漂移提供了一个电场,使这些洞“漂移”从左到右穿过酒吧,在那里,他们最终被收集器点接触。
这条新闻的半导体历史中被发现电子产品对科学家和工程师
r·拉尔夫·本尼迪克特,在113和114页。像许多其他工程教科书的1950年代和1960年代,这个刊物是一个宝贵的技术信息和清晰的典范。我只希望今天会如此清醒的technician-level教科书几十年前的工程级教科书。正如你可能已经猜到的,我喜欢的旧书商店寻找古董工程文本!
