تحقیق درباره مواد نیمرسانای جامد و کاربرد آن

اختصاصی از نیک فایل تحقیق درباره مواد نیمرسانای جامد و کاربرد آن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 5

مواد نیمرسانای جامد و کاربرد آن

معرفی و مقدمه :

مواد نیمرسانای جامد مانند زرمانیوم و سیلیسیوم را میتوان به جای سوسوزن ها برای آشکارسازی تابش به کاربرد . این دو عنصر به صورت بلور جامد هستند که در آن ها اتم های 4 ظرفیتی 4 پیوند کووالان با اتم های مجاور تشکیل می دهند در نتیجه تمام الکترون ها ی ظرفیت در پیوندهای کووالان شرکت دارند و ساختار نواری شامل یک نوار ظرفیت پر و یک نوار رسانش خالی است ( تفاوت میان یک جسم عایق ویک نیم رسانا در اندازه گاف انرزی است که در عایق در حدود5ev و در نیم رسانا در حدود 1ev است) در دمای اتاق تعداد اندکی از الکترون ها در اثر برانگیختگی از گاف عبور میکنند و نوار رسانش می روند و از خود جای خالی به نام حفره در نوار ظرفیت بر جای می گذارند . با بر پا شدن این جای خالی توسط الکترون اتم مجاور حفره در بلور مهاجرت می کند (توجه:اتم ها با بار مثبت حرکت نمی کنند) برای کنترل رسانش الکتریکی در نیم رسانا ها مقادیر کمی از مواد نا خالصی به نام آلاینده به آن ها اضافه می شوند . در فرایند آلاییدن اتم های 3یا 5 ظرفیتی مانند آرسنیک 4الکترون در پیوند کووالانی با سیلیسیوم و زرمانیوم شرکت می کنند . پنجمین الکترون به آسانی در شبکه حرکت می کند و درست در زیر نوار رسانش مجموعه ای از حالت های پخشنده ی گسسته از هم را تشکیل می دهد. به علت وجود حاملین بار منفی این نوع ماده را نیم رسانای نوع n می نامند. از طرفی دیگر اگر از اتم ها ی 3 ظرفیتی استفاده کنیم تلاش در جهت تشکیل پیوندهای کووالانی با 4 اتم بلور منجر به تولید حفره های اضافی در بلور می شود . این عمل باعث تشکیل حالت های پذیرنده در بالای نوار ظرفیت می شود و ماده ی حاصل را نیم رسانا ی نوع p می نامند زیرا حاملین بار حفره های بار مثبت اند .(توجه: نوع p نوع n به علامت بار حاملین اولیه ی جریان الکتریکی مربوط می شوند و خود مواد از نظر الکتریکی خنثی هستند.) با تماس این دو نوع ماده با یکدیگر الکترون ها از طریق پخش در پیوند گاه از ماده نوع n به ماده p نفوذ می کنند و در مجاورت پیوندگاه با حفره ها ترکیب می شوند بدین ترتیب حاملین بار خنثی می شوند و ناحیه ای به نام ناحیه تهی به وجود می آید پخش الکترون ها از ناحیه نوعn جایگاه های پخشنده ی ثابت و یونیده بر جای می گذارند در حالی که پخش حفره ها از ناحیه ی نوع p جایگاه های پذیرنده ی ثابت با بار منفی باقی می گذارد. فضای بار ناشی از جایگاه های ثابت میدان الکتریکی به وجود می آورد که در نهایت مهاجرت های بیشتر جلو گیری می کند نتیجه ی این ترکیب تولید یک دیود پیوندی است. اگر تابش هسته ای وارد ناحیه ی تهی شود و زوج الکترون حفره به وجود می آورد نتیجه بسیار شبیه همان فرآیندی است که در یک اتاقک یونش اتفاق می افتد( در حقیقت ناحیه تهی کاملا شبیه یک خازن با صفحات موازی عمل می کند). الکترون ها در یک جهت و حفره ها در جهت دیگر حرکت می کنند و تعداد کل الکترون ها ی گردآوری شده یک تپ الکترونیکی تولید می کنند که دامنه ی آن با انرزی تابش متناسب است. در عمل این آشکار سازها با بایاس معکوس ولتازهای بسیار زیاد (1000تا3000 ولت) کار می کنند که دارای 2 اثر است:1- مقدار میدان الکتریکی را در ناحیه ی تهی افزایش می دهد 2- بازده گردآوری بار را بهبود می بخشد . وبه علاوه با راندن حاملین بار و سوق آن ها از یک طرف پیوندگاه به طرف دیگر ابعاد ناحیه ی تهی را زیاد می کنند.( و در نتیجه حجم حساس آشکارساز را افزایش می دهد). در یکی از روش های رایج ساخت آشکارسازهای زرمانیوم و سیلیسیوم از یک ماده نوع p شروع می کنند و مقداری از اتم های لیتیم را از طریق پخش در سطح آن وارد می کنند بدین ترتیب با تشکیل حالت های پخشنده یک ناحیه ی نازک نوع n در آن ایجاد می شود . با بایاس معکوس و با افزایش اندک دما اتم های لیتیم به ناحیه ی نوع p رانده می شوند و ناحیه ی تهی نسبتا بزرگی را به وجود می آورند این آشکارسازها را آشکارسازهای Ge و Si با لیتیم نفوذی نامیده اند . پس از نفوذ لیتیم آشکارساز Ge(Li) باید سرد نگه داشته شود در غیر این صورت لیتیم از جایگاه شبکه ای خود در ناحیه ی تهی مهاجرت می کند و خاصیت آشکارسازی از بین می رود . ( سرد نگه داشتن آشکارساز برانگیختگی گرمایی الکترون ها و عبور آن ها را از گاف انرزی کاهش می دهد بنابراین از نوفه ی الکتریکی زمینه ی آشکارساز کاسته می شود. توجه: به علت پیشرفت روش های پالایش بلورهای زرمانیوم آشکارسازهای آن با حجم بزرگ و خلوص زیاد در دسترس قرار گرفته اند که نیازی به نگهداری در دمای پایین را ندارند ولی برای پایین نگه داشتن سطح نوفه در این دما کار می کنند. به طور کلی زمان گردآوری با در یک آشکارساز با حجم بزرگ در گستره ی 10 تا 100 نانو ثانیه قرار می گیرد و این تغییرات زمان به شکل هندسی آشکارساز و محل ورود تابش نسبت به الکترودها بستگی دارد.