Ev · ağlar · Yarı iletken nedir? yarıiletken örnekleri. Türleri, özellikleri, pratik uygulaması

Yarı iletken nedir? yarıiletken örnekleri. Türleri, özellikleri, pratik uygulaması

İletkenler ve dielektrikler hakkında konuştuk ve belirli koşullar altında bir iletken veya dielektrik özelliklerini alabilen bir ara iletkenlik formunun varlığından bahsettik. Bu tür maddelere yarı iletken denir.

Size şunu hatırlatmama izin verin: elektriksel özellikler açısından yarı iletkenler, akım iletkenleri ile iletken olmayanlar arasında orta bir yerde bulunur.
Yarı iletkenlerin üretiminde çoğunlukla germanyum, silikon, daha az sıklıkla selenyum, bakır oksit ve diğer maddeler kullanılır.

Yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği büyük ölçüde ortam sıcaklığına bağlıdır. Mutlak sıfıra (-273C) yakın bir sıcaklıkta, elektrik akımına göre yalıtkan olarak davranırlar. Aksine, iletkenlerin çoğu böyle bir sıcaklıkta süper iletken hale gelir, yani akıma neredeyse hiç direnç göstermezler. İletkenlerin sıcaklığı arttıkça elektrik akımına karşı dirençleri artar, yarı iletkenlerin direnci azalır. İletkenlerin elektriksel iletkenliği ışığa maruz kaldığında değişmez. Yarı iletkenlerin ışığın etkisi altında fotoiletkenlik adı verilen elektriksel iletkenliği artar.

Yarı iletkenler ışık enerjisini elektrik akımına dönüştürebilir. İletkenler hiç de böyle değil. Yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği, diğer bazı elementlerin atomları bunlara eklendiğinde keskin bir şekilde artar. İletkenlerin elektriksel iletkenliği, içlerine yabancı maddeler girdiğinde azalır.

Birçok modern yarı iletken cihazın başlangıç ​​malzemeleri olan germanyum ve silikonun kabuklarının dış katmanlarında dört değerlik elektronu bulunur. Toplamda bir germanyum atomunda 32, bir silikon atomunda 14 elektron vardır, ancak kabuklarının iç katmanlarında bulunan 28 germanyum elektronu ve 10 silikon elektronu çekirdekler tarafından sıkı bir şekilde tutulur ve hiçbir durumda gelmez. onlardan uzak. Bu yarı iletkenlerin atomlarının yalnızca dört değerlik elektronu serbest kalabilir ve o zaman bile her zaman serbest kalamaz. En az bir elektronunu kaybetmiş bir yarı iletken atom pozitif iyon haline gelir. Bir yarı iletkende atomlar kesin bir sıraya göre düzenlenir: her biri dört özdeş atomla çevrilidir. Ek olarak, birbirlerine o kadar yakın konumlanmıştır ki, değerlik elektronları, tüm komşu atomların etrafından geçen tek yörüngeler oluşturarak onları tek bir maddeye bağlamaktadır.
Yarı iletken bir kristaldeki atomların böyle bir ilişkisi, Şekil 2'de gösterildiği gibi düz bir devre biçiminde temsil edilebilir. 1 A. Burada, “+” işaretli büyük toplar, elektron kabuğunun iç katmanlarına (pozitif iyonlar) ve küçük toplara sahip atomların çekirdeklerini koşullu olarak tasvir etmektedir - değerlik elektronları . Her atom birbirinin aynısı dört atomla çevrilidir. Bunlardan herhangi biri, biri "kendine ait", ikincisi ise "komşudan" ödünç alınan komşu iki değerlik elektronuyla ilişkilidir. Bu iki elektronlu veya değerlik bağıdır. En güçlü bağlantı! Buna karşılık, her atomun elektron kabuğunun dış katmanı sekiz elektron içerir: dördü kendisinden ve her biri dört komşu atomdan. Burada değerlik elektronlarından hangisinin “kendi”, hangisinin “yabancı” olduğunu ayırt etmek artık mümkün değildir çünkü bunlar yaygınlaşmıştır. Bir germanyum veya silikon kristalinin tüm kütlesindeki atomların böyle bir bağlantısıyla, yarı iletken bir kristalin büyük bir molekül olduğu düşünülebilir. Bir yarı iletkendeki atomların birbirine bağlanmasının diyagramı, Şekil 2'de yapıldığı gibi gösterilerek açıklık açısından basitleştirilebilir. 1, 6. Burada iç elektron kabuklarına sahip atomların çekirdekleri artı işaretli dairelerle, atomlar arası bağlar ise değerlik elektronlarını simgeleyen iki çizgiyle gösterilmiştir.

Yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği

Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda yarı iletken, serbest elektronları olmadığından mutlak iletken olmayan gibi davranır. Sıcaklıkta bir artış olmazsa değerlik elektronları ile atom çekirdeği arasındaki bağ zayıflar ve bir kısmı termal hareket nedeniyle atomlarını terk edebilir. Atomlar arası bağdan kaçan bir elektron, özgür (Şekil 1'de b - siyah bir nokta) ve daha önce olduğu yerde boş bir alan oluşuyor. Bir yarı iletkenin atomlar arası bağındaki bu boş alana geleneksel olarak denir. delik (Şekil 1'de b - kesikli çizgi). Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, o kadar fazla serbest elektron ve delik ortaya çıkar. Bu nedenle, bir yarı iletkenin kütlesinde bir deliğin oluşumu, bir değerlik elektronunun bir atomun kabuğundan ayrılmasıyla ilişkilidir ve bir deliğin görünümü, negatif elektrona eşit bir pozitif elektrik yükünün görünümüne karşılık gelir.

Şekil 1. Yarı iletken bir kristaldeki (a) atomların ilişkisinin şeması ve yapısının basitleştirilmiş bir diyagramı (b).

Şimdi Şekil 1'i düşünün. 2. Bir yarı iletkendeki akım olayını şematik olarak gösterir. Akımın nedeni kutuplara uygulanan voltajdır (Şekil 2'de voltaj kaynağı “+” ve “-” işaretleri ile sembolize edilmiştir).. Termal olaylar nedeniyle, yarı iletkenin tüm kütlesindeki atomlar arası bağlardan belirli sayıda elektron salınır (Şekil 2'de oklu noktalarla gösterilmiştir). Gerilim kaynağının pozitif kutbunun yakınında salınan elektronlar bu kutup tarafından çekilir ve yarı iletkenin kütlesini bırakarak geride delikler bırakır. Pozitif kutba belli bir mesafede atomlar arası bağ bırakan elektronlar da onun tarafından çekilir ve ona doğru hareket eder. Ancak, yollarında deliklerle karşılaşan elektronlar, sanki onlara "atlar" (Şekil 2, a), atomlar arası bağlar doldurulur. Ve negatif kutba en yakın delikler, negatif kutba daha da yakın olan atomlardan kaçan diğer elektronlarla doldurulur (Şekil 2b). Bir yarı iletkende bir elektrik alanı etki ederken, bu süreç devam eder: bazı atomlar arası bağlar kırılır - değerlik elektronları onları terk eder, delikler görünür - ve diğer atomlar arası bağlar doldurulur - diğer bazı atomlar arası bağlardan salınan elektronlar deliklere "sıçrar" ( Şekil 2, b-c).

Şekil 2. Elektronların ve deliklerin hareketinin şeması.

Mutlak sıfırın üzerindeki sıcaklıklarda, harici elektrik alanları olmasa bile yarı iletkende serbest elektronlar ve delikler sürekli olarak görünür ve kaybolur. Ancak elektronlar ve delikler rastgele farklı yönlerde hareket eder ve yarı iletkeni terk etmezler. Saf bir yarı iletkende, zamanın her anında salınan elektronların sayısı, bu durumda oluşan deliklerin sayısına eşittir.. Oda sıcaklığında toplam sayıları nispeten azdır. Bu nedenle böyle bir yarı iletkenin elektriksel iletkenliği, (kendi denir) , küçüktür, elektrik akımına oldukça büyük bir direnç sağlar. Ancak saf bir yarı iletkene, diğer elementlerin atomları şeklindeki önemsiz miktarda yabancı madde bile eklenirse, elektriksel iletkenliği keskin bir şekilde artacaktır. Bu durumda safsızlık elementlerinin atomlarının yapısına bağlı olarak yarı iletkenin elektriksel iletkenliği şu şekilde olacaktır: elektronik veya delik .

Elektronik iletkenlik

Yarı iletken kristaldeki herhangi bir atomun yerini, elektron kabuğunun dış katmanında beş değerlik elektronu bulunan bir antimon atomu alırsa, bu "yabancı" atom, yarı iletkenin dört elektronlu dört komşu atomuna bağlanacaktır. Antimon atomunun beşinci değerlik elektronu "ekstra" olacak ve serbest hale gelecektir. Yarı iletkene ne kadar çok antimon atomu eklenirse, kütlesinde o kadar çok serbest elektron görünecektir. Sonuç olarak, antimon katkılı bir yarı iletken, özellikleri açısından bir metale yaklaşır: içinden bir elektrik akımının geçmesi için, içindeki atomlar arası bağların yok edilmesi gerekmez. Elektriksel iletkenliğe veya (n) tipine sahip yarı iletkenler olarak adlandırılırlar. Burada Latince n harfi Latince kelimenin baş harfidir. negatif (negatif), yani "negatif" . Bu durumda bu terim, n-tipi bir yarı iletkende ana akım taşıyıcılarının negatif yükler olduğu anlamında anlaşılmalıdır; elektronlar.

delik iletimi

Üç değerlik elektronuna sahip atomlar, örneğin indiyum, bir yarı iletkene dahil edilirse tamamen farklı bir resim elde edilecektir. Üç elektronlu her bir indiyum metal atomu, yarı iletkenin yalnızca üç komşu atomuyla bağları dolduracaktır ve dördüncüsü ile bağı dolduracak bir elektrondan yoksundur. Bir delik oluşur. Elbette yarı iletkenin diğer atomlarıyla olan değerlik bağından kaçan bir tür elektronla doldurulabilir. Ancak delikler nerede olursa olsun, indiyum katkılı bir yarı iletkenin kütlesinde onları doldurmaya yetecek kadar elektron olmayacaktır. Ve yarı iletkene ne kadar fazla safsızlık indiyum atomu eklenirse, içinde o kadar fazla delik oluşur. Böyle bir yarıiletkende elektronların hareket edebilmesi için atomlar arasındaki değerlik bağlarının mutlaka kopması gerekir. Bunlardan kaçan elektronlar veya yarı iletkene dışarıdan giren elektronlar delikten deliğe hareket eder. Ve yarı iletkenin tüm kütlesinde herhangi bir zamanda delik sayısı toplam serbest elektron sayısından daha fazla olacaktır. Bunlara delik elektrik iletkenliğine veya (p) tipine sahip yarı iletkenler denir. Latince p harfi Latince kelimenin ilk harfidir. positiv (pozitif), "pozitif" anlamına gelir. Bu durumda bu terim, (p) tipi bir yarı iletkenin kütlesindeki bir elektrik akımı olgusuna, pozitif yüklerin - deliklerin sürekli ortaya çıkması ve kaybolması eşlik ettiği anlamında anlaşılmalıdır. Yarı iletkenin kütlesi içinde hareket eden delikler, sanki akım taşıyıcılarıdır. P tipi ve n tipi yarı iletkenler, saf olanlardan birçok kez daha iyi elektriksel iletkenliğe sahiptir.
Pratik olarak kesinlikle saf yarı iletkenlerin yanı sıra kesinlikle elektriksel olarak iletken olan n ve p türlerinin bulunmadığı söylenmelidir. İndiyum katkılı bir yarı iletkende, ona elektronik iletkenlik kazandıran diğer bazı elementlerin az sayıda atomu mutlaka vardır ve bir antimon karışımıyla, içinde delik elektriksel iletkenliği oluşturan elementlerin atomları vardır. Örneğin, n tipi genel elektrik iletkenliğine sahip bir yarı iletkende, yabancı antimon atomlarından gelen serbest elektronlarla doldurulabilen delikler vardır. Sonuç olarak, elektrik iletkenliği bir miktar bozulacak, ancak genel olarak elektronik iletkenliği koruyacaktır. Serbest elektronların delik karakterli bir yarı iletkene girmesi durumunda da benzer bir olay gözlemlenecektir.

Bu nedenle, n tipi yarı iletkenlerde ana akım taşıyıcıları elektronlardır (elektronik elektriksel iletkenlik baskındır), p tipi yarı iletkenlerde ise ana akım taşıyıcıları deliklerdir (delik elektriksel iletkenliği baskındır).

Bu makalede olağanüstü derecede önemli ve ilginç hiçbir şey yok, sadece aptallar için basit bir sorunun cevabı var: yarı iletkenleri metallerden ve dielektriklerden ayıran temel özellikler nelerdir?

Yarı iletkenler - bir bant boşluğu (iletim bandı ile değerlik bandı arasında) bulunan malzemeler (kristaller, çok kristalli ve amorf malzemeler, elementler veya bileşikler).

Elektronik yarı iletkenlere, elektriksel iletkenlik açısından metaller (σ = 10 4 ÷10 6 Ohm -1 cm -1) ve dielektrikler (σ = 10 -10 ÷10 -20 Ohm) arasında bir ara pozisyon işgal eden kristaller ve amorf maddeler denir. 1 cm-1). Bununla birlikte, iletkenliğin verilen sınır değerleri oldukça koşulludur.

Bölge teorisi, katıları metaller ve yarı iletkenler (yalıtkanlar) olmak üzere iki sınıfa ayırmayı mümkün kılan bir kriter formüle etmemizi sağlar. Metaller, değerlik bandında elektronların geçebileceği, örneğin bir elektrik alanındaki hızlanma nedeniyle ek enerji alan serbest seviyelerin varlığıyla karakterize edilir. Metallerin ayırt edici bir özelliği, zeminde, uyarılmamış durumda (0 K'da), yani iletken elektronlara sahip olmalarıdır. harici bir elektrik alanının etkisi altında düzenli bir harekete katılan elektronlar.

Yarı iletkenlerde ve yalıtkanlarda 0 K'da değerlik bandı tamamen doludur, iletim bandı ise bir bant aralığı ile ondan ayrılır ve taşıyıcı içermez. Bu nedenle çok güçlü olmayan bir elektrik alanı, değerlik bandında bulunan elektronları güçlendirip iletim bandına aktaramaz. Başka bir deyişle 0 K'deki bu tür kristaller ideal yalıtkanlar olmalıdır. Böyle bir kristalin sıcaklığının veya ışınlanmasının artmasıyla elektronlar, iletim bandına geçmeye yetecek miktarda termal veya ışıma enerjisi emebilir. Bu geçiş sırasında değerlik bandında elektriğin transferine de katılabilecek delikler ortaya çıkar. Değerlik bandından iletkenlik bandına elektron geçiş olasılığı ( -EG/ kT), Nerede eG bant aralığının genişliğidir. Büyük bir değere sahip eG (2-3 eV), bu olasılığın çok küçük olduğu ortaya çıkıyor.

Dolayısıyla maddelerin metallere ve metal olmayanlara bölünmesinin iyi tanımlanmış bir temeli vardır. Buna karşılık, metal olmayanların yarı iletkenlere ve dielektriklere bölünmesinin böyle bir temeli yoktur ve tamamen keyfidir.

Daha önce bant aralığına sahip maddelerin dielektrik olarak sınıflandırılabileceğine inanılıyordu. eG≈ 2÷3 eV, ancak daha sonra çoğunun tipik yarı iletkenler olduğu ortaya çıktı. Ayrıca, bileşenlerden birinin safsızlık konsantrasyonuna veya aşırı (stoikiometrik bileşimin üzerinde) atomlarına bağlı olarak, aynı kristalin hem yarı iletken hem de yalıtkan olabileceği gösterilmiştir. Bu, örneğin elmas, çinko oksit, galyum nitrür vb. kristalleri için geçerlidir. Baryum ve stronsiyum titanatların yanı sıra rutil gibi tipik dielektrikler bile, içlerinde aşırı metal atomlarının ortaya çıkmasıyla ilişkili olan kısmi indirgeme üzerine yarı iletkenlerin özelliklerini kazanır.

Metal olmayanların yarı iletkenlere ve dielektriklere bölünmesinin de belirli bir anlamı vardır, çünkü elektronik iletkenliği yabancı maddeler ekleyerek veya aydınlatma veya ısıtma yoluyla önemli ölçüde artırılamayan bir dizi kristal bilinmektedir. Bunun nedeni ya fotoelektronların ömrünün çok kısa olması, ya kristallerdeki derin tuzakların varlığı ya da çok düşük elektron hareketliliğidir. bir elektrik alanında son derece düşük bir hızla sürüklenirler.

Elektrik iletkenliği konsantrasyon n, yük e ve yük taşıyıcıların hareketliliği ile orantılıdır. Bu nedenle çeşitli malzemelerin iletkenliğinin sıcaklığa bağımlılığı, bu parametrelerin sıcaklığa bağımlılığıyla belirlenir. Tüm elektronik iletkenlerin şarjı için e sabittir ve sıcaklıktan bağımsızdır. Çoğu malzemede, hareketli elektronlar ve fononlar arasındaki çarpışmaların yoğunluğundaki artışa bağlı olarak artan sıcaklıkla birlikte hareketlilik genellikle hafifçe azalır. kristal kafesin titreşimleri nedeniyle elektronların saçılması nedeniyle. Bu nedenle metallerin, yarı iletkenlerin ve dielektriklerin farklı davranışları esas olarak yük taşıyıcının konsantrasyonu ve sıcaklığa bağımlılığı ile ilişkilidir:

1) metallerde yük taşıyıcıları n'nin konsantrasyonu büyüktür ve sıcaklıkla biraz değişir. Elektriksel iletkenlik denklemindeki değişken hareketliliktir. Hareketlilik sıcaklıkla birlikte bir miktar azaldığı için elektriksel iletkenlik de azalır;

2) yarı iletkenler ve dielektriklerde N genellikle sıcaklıkla üstel olarak artar. Bu hızlı büyüme N Hareketlilikteki azalmadan ziyade iletkenlikteki değişime en önemli katkıyı sağlar. Bu nedenle sıcaklık arttıkça elektriksel iletkenlik hızla artar. Bu anlamda dielektrikler bazı sınırlayıcı durumlar olarak düşünülebilir, çünkü normal sıcaklıklarda miktar N bu maddelerde son derece küçüktür. Yüksek sıcaklıklarda, bireysel dielektriklerin iletkenliği, büyüme nedeniyle yarı iletken seviyeye ulaşır. N. Bunun tersi de gözlenir; düşük sıcaklıklarda bazı yarı iletkenler yalıtkan haline gelir.

Kaynakça

  1. West A. Katı Hal Kimyası. Bölüm 2 Per. İngilizceden. - M .: Mir, 1988. - 336 s.
  2. Modern kristalografi. T.4. Kristallerin fiziksel özellikleri. - M.: Nauka, 1981.

Kimya Fakültesi 501 grubunun öğrencileri: Bezzubov S.I., Vorobieva N.A., Efimov A.A.

P-n-kavşağının temel özelliklerinden biri, elektrik akımını bir (ileri) yönde, karşı yöne göre binlerce ve milyonlarca kat daha iyi iletme yeteneğidir.

Yarı iletkenler - elektrik akımını iyi ileten maddeler (iletkenler, esas olarak metaller) ile pratik olarak elektrik akımı iletmeyen maddeler (yalıtkanlar veya dielektrikler) arasında ara pozisyonda yer alan bir madde sınıfı.

Yarı iletkenler, özelliklerinin ve özelliklerinin, içerdikleri mikroskobik miktardaki yabancı maddelere güçlü bir şekilde bağlı olmasıyla karakterize edilir. Bir yarı iletkendeki safsızlık miktarını yüzde on milyonda birinden %0,1-1'e değiştirerek iletkenlikleri milyonlarca kez değiştirilebilir. Yarı iletkenlerin bir diğer önemli özelliği, elektrik akımının içlerinde yalnızca negatif yükler - elektronlar tarafından değil, aynı zamanda onlara eşit pozitif yükler - delikler tarafından da taşınmasıdır.

Herhangi bir yabancı maddeden kesinlikle arınmış idealleştirilmiş bir yarı iletken kristali düşünürsek, o zaman elektrik akımını iletme yeteneği, içsel elektrik iletkenliği olarak adlandırılan şey tarafından belirlenecektir.

Yarı iletken bir kristaldeki atomlar, dış elektron kabuğundaki elektronlarla birbirine bağlanır. Atomların termal titreşimleri sırasında termal enerji, bağ oluşturan elektronlar arasında eşit olmayan bir şekilde dağıtılır. Bireysel elektronlar, atomlarından "kopmaya" yetecek kadar termal enerji alabilir ve kristal içinde serbestçe hareket edebilir, yani potansiyel akım taşıyıcıları haline gelebilir (başka bir deyişle, iletim bandına geçtikleri söylenebilir). Bir elektronun bu şekilde ayrılması, atomun elektriksel nötrlüğünü ihlal eder; ayrılan elektronun yüküne eşit büyüklükte bir pozitif yüke sahiptir. Bu boşluğa delik denir.

Boş alan komşu bağın bir elektronu tarafından işgal edilebildiğinden, delik de kristalin içinde hareket edebilir ve pozitif bir akım taşıyıcısı haline gelebilir. Doğal olarak bu koşullar altında elektronlar ve delikler eşit miktarlarda ortaya çıkar ve böyle ideal bir kristalin elektriksel iletkenliği hem pozitif hem de negatif yükler tarafından eşit şekilde belirlenecektir.

Dış elektron kabuğu ana yarı iletkenin atomundan bir elektron daha içeren ana yarı iletkenin atomunun yerine bir safsızlık atomu yerleştirilirse, o zaman böyle bir elektronun oluşumu için gereksiz, gereksiz olduğu ortaya çıkacaktır. Kristaldeki atomlar arası bağlar ve atomuna zayıf bir şekilde bağlanmıştır. Onlarca kat daha az enerji onu atomundan koparıp serbest bir elektrona dönüştürmeye yeter. Bu tür safsızlıklara donör adı verilir, yani "fazladan" bir elektron bağışlanır. Safsızlık atomu elbette pozitif yüklüdür, ancak hiçbir delik görünmez, çünkü yalnızca doldurulmamış bir atomlar arası bağdaki bir elektron boşluğu bir delik olabilir ve bu durumda tüm bağlar doldurulur. Bu pozitif yük atomuna bağlı, hareketsiz kalır ve bu nedenle elektriksel iletim sürecine katılamaz.

Dış elektron kabuğu ana maddenin atomlarından daha az sayıda elektron içeren bir yarı iletkene yabancı maddelerin eklenmesi, doldurulmamış bağların, yani deliklerin ortaya çıkmasına yol açar. Yukarıda bahsedildiği gibi bu boşluk, komşu bağdan gelen bir elektron tarafından doldurulabilir ve delik, kristalin etrafında serbestçe hareket edebilir. Başka bir deyişle, bir deliğin hareketi, elektronların bir komşu bağdan diğerine sıralı geçişidir. Bir elektronu "kabul eden" bu tür safsızlıklara alıcı safsızlıkları denir.

N tipi metal-dielektrik yarı iletken yapıya bir voltaj (şekilde gösterilen polaritede) uygulanırsa, yarı iletkenin yüzeye yakın katmanında elektronları iten bir elektrik alanı ortaya çıkar. Bu katman tükendi.

Ana taşıyıcıların pozitif yükler - delikler olduğu p tipi bir yarı iletkende, elektronları iten voltaj polaritesi delikleri çekecek ve direnci azaltılmış zenginleştirilmiş bir katman oluşturacaktır. Bu durumda polaritedeki bir değişiklik deliklerin itilmesine ve artan dirence sahip yüzeye yakın bir tabakanın oluşmasına yol açacaktır.

Bir tür veya diğer türdeki yabancı maddelerin miktarındaki artışla, kristalin elektriksel iletkenliği giderek daha belirgin bir elektronik veya delik karakteri kazanmaya başlar. Latince negativus ve positivus kelimelerinin ilk harflerine uygun olarak, elektronik elektriksel iletkenliğe n tipi elektriksel iletkenlik ve delik - p tipi denir; bu, belirli bir yarı iletken için hangi tip mobil yük taşıyıcılarının temel ve hangisinin küçük olduğunu gösterir.

Safsızlıkların (yani safsızlıkların) varlığına bağlı elektriksel iletkenlik ile, kristalde hala 2 tip taşıyıcı kalır: esas olarak yarı iletkene yabancı maddelerin girmesi nedeniyle ortaya çıkan ana olanlar ve onlara borçlu olan küçük olanlar. termal uyarılmaya görünüm. Belirli bir yarı iletken için belirli bir sıcaklıkta n elektronlarının ve p deliklerinin 1 cm3 (konsantrasyon) içeriği sabit bir değerdir: n - p = sabit. Bu, yabancı maddelerin eklenmesi nedeniyle belirli bir tipteki taşıyıcıların konsantrasyonunu birkaç kat artırarak, başka tipteki taşıyıcıların konsantrasyonunu aynı faktörle azalttığımız anlamına gelir. Yarı iletkenlerin bir sonraki önemli özelliği sıcaklık ve radyasyona karşı güçlü hassasiyetleridir. Sıcaklık arttıkça kristaldeki atomların ortalama titreşim enerjisi artar ve artan sayıda bağ kopmaya maruz kalır. Gittikçe daha fazla elektron ve delik çifti ortaya çıkacak. Yeterince yüksek sıcaklıklarda, içsel (termal) iletkenlik, safsızlığınkine eşit olabilir veya hatta önemli ölçüde aşabilir. Safsızlık konsantrasyonu ne kadar yüksek olursa, bu etki o kadar yüksek sıcaklıklar ortaya çıkar.

Bağların kırılması, eğer ışık kuantumunun enerjisi bağları kırmak için yeterliyse, yarı iletkenin örneğin ışıkla ışınlanmasıyla da gerçekleştirilebilir. Farklı yarı iletkenlerin bağ kırma enerjileri farklıdır, dolayısıyla ışınlama spektrumunun belirli kısımlarına farklı tepki verirler.

Ana yarı iletken malzemeler olarak silikon ve germanyum kristalleri kullanılırken, safsızlık olarak bor, fosfor, indiyum, arsenik, antimon ve yarı iletkenlere gerekli özellikleri veren diğer birçok element kullanılır. Belirli bir safsızlık içeriğine sahip yarı iletken kristallerin elde edilmesi, yüksek hassasiyet ve karmaşıklığa sahip ekipmanlar kullanılarak özellikle temiz koşullarda gerçekleştirilen en karmaşık teknolojik süreçtir.

Yarı iletkenlerin listelenen en önemli özelliklerinin tümü, yarı iletken cihazların amaçları ve uygulama alanları açısından en çeşitli olanı oluşturmak için kullanılır. Diyotlar, transistörler, tristörler ve diğer birçok yarı iletken cihaz mühendislikte yaygın olarak kullanılmaktadır. Yarı iletkenlerin kullanımı nispeten yakın zamanda başladı ve bugün tüm "mesleklerini" listelemek zaten zor. Işık ve ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürürler ve tersine elektrik yardımıyla ısı ve soğuk yaratırlar (bkz. Güneş Enerjisi). Yarı iletken cihazlar sıradan bir radyo alıcısında ve bir kuantum jeneratöründe (lazer), küçük bir atom pilinde ve bir elektronik bilgisayarın minyatür bloklarında bulunabilir. Günümüzün mühendisleri yarı iletken redresörler, anahtarlar ve amplifikatörler olmadan yapamazlar. Lamba ekipmanının yarı iletken cihazlarla değiştirilmesi, elektronik cihazların boyutunu ve kütlesini on kat azaltmayı, güç tüketimini azaltmayı ve güvenilirliği önemli ölçüde artırmayı mümkün kıldı.

Bunu Mikroelektronik makalesinde okuyabilirsiniz.

USE kodlayıcının konuları: yarı iletkenler, yarı iletkenlerin içsel ve dışsal iletkenliği.

Şimdiye kadar maddelerin elektrik akımını iletme yeteneğinden bahsederken onları iletkenler ve dielektrikler olarak ayırıyorduk. Sıradan iletkenlerin özgül direnci Ohm m aralığındadır; dielektriklerin direnci ortalama olarak bu değerleri büyüklük sırasına göre aşar: Ohm·m.

Ancak elektriksel iletkenlikleri açısından iletkenler ve dielektrikler arasında bir ara pozisyon işgal eden maddeler de vardır. Bu yarı iletkenler: Oda sıcaklığındaki dirençleri çok geniş bir ohm m aralığında değerler alabilir. Yarı iletkenler arasında silikon, germanyum, selenyum ve diğer bazı kimyasal elementler ve bileşikler bulunur (Yarı iletkenler doğada oldukça yaygındır. Örneğin, yer kabuğunun kütlesinin yaklaşık %80'i yarı iletken olan maddelere düşer). Silikon ve germanyum en yaygın kullanılanlardır.

Yarı iletkenlerin temel özelliği, artan sıcaklıkla birlikte elektrik iletkenliklerinin keskin bir şekilde artmasıdır. Bir yarıiletkenin direnci, sıcaklık arttıkça yaklaşık olarak Şekil 2'de gösterildiği gibi azalır. 1.

Pirinç. 1. Yarı iletkene bağımlılık

Başka bir deyişle, yarı iletkenler düşük sıcaklıklarda dielektrik gibi davranır, yüksek sıcaklıklarda ise oldukça iyi iletkenler gibi davranırlar. Yarı iletkenler ile metaller arasındaki fark budur: Hatırlayacağınız gibi metalin direnci sıcaklık arttıkça doğrusal olarak artar.

Yarı iletkenler ve metaller arasında başka farklılıklar da vardır. Böylece, bir yarı iletkenin aydınlatılması onun direncinde bir azalmaya neden olur (ve ışığın bir metalin direnci üzerinde neredeyse hiçbir etkisi yoktur). Ek olarak, yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği, ihmal edilebilir miktarda yabancı maddenin bile eklenmesiyle çok güçlü bir şekilde değişebilir.

Deneyimler, metallerde olduğu gibi, bir yarı iletkenden akım geçtiğinde madde aktarımının olmadığını göstermektedir. Bu nedenle yarı iletkenlerdeki elektrik akımı elektronların hareketinden kaynaklanmaktadır.

Bir yarı iletkenin ısıtıldığında direncinin azalması, sıcaklıktaki bir artışın yarı iletkendeki serbest yüklerin sayısında bir artışa yol açtığını gösterir. Metallerde böyle bir şey olmaz; bu nedenle yarı iletkenler metallerden farklı bir elektriksel iletkenlik mekanizmasına sahiptir. Bunun nedeni ise metallerin ve yarı iletkenlerin atomları arasındaki kimyasal bağın farklı doğasıdır.

kovalent bağ

Unutmayın, metalik bağ, kafes bölgelerinde pozitif iyonları tutkal gibi tutan serbest elektronlardan oluşan bir gaz tarafından sağlanır. Yarı iletkenler farklı şekilde düzenlenmiştir; atomları bir arada tutulur kovalent bağ. Ne olduğunu hatırlayalım.

Elektronlar dış elektronik seviyede yer alır ve çağrılır. değerlik, çekirdeğe daha yakın bulunan diğer elektronlara göre atoma daha zayıf bağlanır. Kovalent bir bağ oluşturma sürecinde, iki atom değerlik elektronlarından biri "ortak nedene" katkıda bulunur. Bu iki elektron sosyalleşmiştir, yani artık her iki atoma da aittirler ve bu nedenle ortak elektron çifti(İncir. 2).

Pirinç. 2. Kovalent bağ

Sosyalleşmiş elektron çifti, atomları birbirine yakın tutar (elektriksel çekim kuvvetlerinin yardımıyla). Kovalent bağ, ortak elektron çiftlerinden dolayı atomlar arasında var olan bir bağdır.. Bu nedenle kovalent bağa da denir elektron çifti.

Silisyumun kristal yapısı

Artık yarı iletkenlerin iç kısımlarına daha yakından bakmaya hazırız. Örnek olarak, doğadaki en yaygın yarı iletken olan silikonu ele alalım. İkinci en önemli yarı iletken olan germanyum da benzer bir yapıya sahiptir.

Silikonun uzaysal yapısı şekil 2'de gösterilmektedir. 3 (Ben Mills'in resmi). Silikon atomları toplar olarak tasvir edilmiştir ve onları birbirine bağlayan tüpler, atomlar arasındaki kovalent bağ kanallarıdır.

Pirinç. 3. Silikonun kristal yapısı

Her silikon atomunun birbirine bağlı olduğunu unutmayın. dört komşu atomlar Neden böyle?

Gerçek şu ki, silikon dört değerliklidir - silikon atomunun dış elektron kabuğunda dört değerlik elektronu vardır. Bu dört elektronun her biri, başka bir atomun değerlik elektronuyla ortak bir elektron çifti oluşturmaya hazırdır. Ve böylece oluyor! Sonuç olarak silikon atomu, her biri bir değerlik elektronuna katkıda bulunan dört yerleşik atomla çevrilidir. Buna göre her atomun etrafında sekiz elektron (dördü kendi, dördü uzaylı) bulunur.

Bunu silikon kristal kafesin düz diyagramında daha ayrıntılı olarak görüyoruz (Şekil 4).

Pirinç. 4. Silikonun kristal kafesi

Kovalent bağlar, atomları birbirine bağlayan çizgi çiftleri olarak gösterilir; bu çizgiler elektron çiftlerini paylaşır. Böyle bir çizgide yer alan her değerlik elektronu, zamanının çoğunu iki komşu atom arasındaki boşlukta geçirir.

Ancak değerlik elektronları karşılık gelen atom çiftlerine hiçbir şekilde "sıkı bir şekilde bağlı" değildir. Elektron kabukları örtüşüyor Tümü Komşu atomlar öyle ki herhangi bir değerlik elektronu tüm komşu atomların ortak özelliğidir. Böyle bir elektron, herhangi bir atom 1'den komşu atom 2'ye, ardından komşu atom 3'e vb. gidebilir. Değerlik elektronları kristalin alanı boyunca hareket edebilirler. tüm kristale ait(herhangi bir tek atom çifti yerine).

Ancak silikonun değerlik elektronları serbest değildir (metalde olduğu gibi). Bir yarı iletkende değerlik elektronları ve atomlar arasındaki bağ, metaldekinden çok daha güçlüdür; silikon kovalent bağları düşük sıcaklıklarda kopmaz. Elektronların enerjisi, harici bir elektrik alanının etkisi altında daha düşük bir potansiyelden daha yüksek bir potansiyele doğru düzenli bir hareketi başlatmak için yeterli değildir. Bu nedenle, yeterince düşük sıcaklıklarda yarı iletkenler dielektriklere yakındır - elektrik akımı iletmezler.

Kendi iletkenliği

Bir elektrik devresine yarı iletken bir eleman eklerseniz ve onu ısıtmaya başlarsanız devredeki akım gücü artar. Bu nedenle yarıiletken direnci azalır sıcaklıkta bir artış ile. Bu neden oluyor?

Sıcaklık arttıkça silikon atomlarının termal titreşimleri daha yoğun hale gelir ve değerlik elektronlarının enerjisi artar. Bazı elektronlar için enerji, kovalent bağları kırmaya yetecek değerlere ulaşır. Bu tür elektronlar atomlarını terk eder ve özgür(veya iletim elektronları) metaldekiyle tamamen aynıdır. Harici bir elektrik alanında, serbest elektronlar düzenli bir harekete başlayarak bir elektrik akımı oluşturur.

Silikonun sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, elektronların enerjisi de o kadar büyük olur ve kovalent bağların sayısı o kadar fazla olur ve kırılmaz. Silikon kristalindeki serbest elektronların sayısı artar ve bu da direncinin azalmasına neden olur.

Kovalent bağların kırılması ve serbest elektronların görünümü şekil 2'de gösterilmektedir. 5. Kovalent bağın koptuğu yerde, delik bir elektron için boşluktur. Delik var pozitifşarj, çünkü negatif yüklü bir elektronun ayrılmasıyla, silikon atomunun çekirdeğinin telafi edilmemiş bir pozitif yükü kalır.

Pirinç. 5. Serbest elektronların ve deliklerin oluşumu

Delikler yerinde durmaz; kristalin etrafında dolaşabilirler. Gerçek şu ki, atomlar arasında "seyahat eden" komşu değerlik elektronlarından biri, oluşan boşluğa atlayarak deliği doldurabilir; o zaman buradaki delik kaybolacak ama elektronun geldiği yerde görünecektir.

Harici bir elektrik alanının yokluğunda, değerlik elektronları atomlar arasında rastgele dolaştığından deliklerin hareketi rastgeledir. Ancak elektrik alanında yönlendirilmiş delik hareketi. Neden? Anlaşılması kolaydır.

Şek. Şekil 6, bir elektrik alanına yerleştirilmiş bir yarı iletkeni göstermektedir. Şeklin sol tarafında deliğin başlangıç ​​konumu yer almaktadır.

Pirinç. 6. Elektrik alanındaki bir deliğin hareketi

Delik nereye açılacak? En muhtemel olanın "elektron > delik" yönündeki atlamalar olduğu açıktır. aykırı alan çizgileri (yani alanı oluşturan "artılara"). Bu sıçramalardan biri şeklin orta kısmında gösterilmiştir: Elektron sola sıçradı, boşluğu doldurdu ve buna göre delik sağa kaydı. Bir elektrik alanının neden olduğu bir elektronun bir sonraki olası sıçraması, şeklin sağ tarafında gösterilmektedir; Bu sıçrama sonucunda delik daha da sağda yeni bir yer aldı.

Deliğin bir bütün olarak hareket ettiğini görüyoruz karşı alan çizgileri - yani pozitif yüklerin hareket etmesi gereken yer. Bir deliğin alan boyunca yönlendirilmiş hareketinin, ağırlıklı olarak alanın tersi yönde meydana gelen değerlik elektronlarının atomdan atoma sıçramalarından kaynaklandığını bir kez daha vurguluyoruz.

Dolayısıyla silikon kristalinde iki tür yük taşıyıcı vardır: serbest elektronlar ve delikler. Harici bir elektrik alanı uygulandığında, sıralı karşı hareketlerinden kaynaklanan bir elektrik akımı ortaya çıkar: serbest elektronlar alan kuvveti vektörünün tersi yönde hareket eder ve delikler vektör yönünde hareket eder.

Serbest elektronların hareketi nedeniyle akımın oluşmasına denir. elektronik iletkenlik, veya n-tipi iletkenlik. Deliklerin düzenli hareket etme sürecine denir delik iletkenliği,veya p tipi iletkenlik(Latince negativus (negatif) ve positivus (pozitif) kelimelerinin ilk harflerinden). Her iki iletkenliğe (elektron ve delik) birlikte denir. kendi iletkenliği yarı iletken.

Bir elektronun kopmuş bir kovalent bağdan her ayrılışı, bir "serbest elektron deliği" çifti oluşturur. Bu nedenle saf silikon kristalindeki serbest elektronların konsantrasyonu deliklerin konsantrasyonuna eşittir. Buna göre kristal ısıtıldığında sadece serbest elektronların değil aynı zamanda deliklerin konsantrasyonu da artar, bu da hem elektronik hem de delik iletkenliğindeki artışa bağlı olarak yarı iletkenin içsel iletkenliğinde bir artışa yol açar.

“Serbest elektron deliği” çiftlerinin oluşumuyla birlikte ters süreç de gerçekleşir: rekombinasyon serbest elektronlar ve delikler. Yani bir delikle buluşan serbest bir elektron bu boşluğu doldurur, kopan kovalent bağı onarır ve değerlik elektronuna dönüşür. Böylece bir yarıiletkende, dinamik denge: Kovalent bağların ortalama kopma sayısı ve birim zaman başına ortaya çıkan elektron-delik çiftleri, yeniden birleşen elektron ve deliklerin ortalama sayısına eşittir. Bu dinamik denge durumu, belirli koşullar altında bir yarı iletkendeki serbest elektronların ve deliklerin denge konsantrasyonunu belirler.

Dış koşullardaki bir değişiklik, dinamik denge durumunu bir yönde veya başka bir yönde değiştirir. Bu durumda yük taşıyıcılarının konsantrasyonunun denge değeri doğal olarak değişir. Örneğin, bir yarı iletken ısıtıldığında veya aydınlatıldığında serbest elektronların ve deliklerin sayısı artar.

Oda sıcaklığında silikondaki serbest elektron ve deliklerin konsantrasyonu yaklaşık cm'ye eşittir.Silikon atomlarının konsantrasyonu yaklaşık cm'dir.Yani silikon atomu başına yalnızca bir serbest elektron vardır! Bu çok az. Örneğin metallerde serbest elektronların konsantrasyonu yaklaşık olarak atomların konsantrasyonuna eşittir. Sırasıyla, Silikonun ve diğer yarı iletkenlerin normal koşullar altında içsel iletkenliği, metallerin iletkenliğine kıyasla küçüktür..

Safsızlık iletkenliği

Yarıiletkenlerin en önemli özelliği, çok küçük miktarda yabancı maddelerin bile eklenmesiyle dirençlerinin birkaç kat azaltılabilmesidir. Bir yarı iletken, kendi iletkenliğine ek olarak baskın bir özelliğe de sahiptir. safsızlık iletkenliği. Yarı iletken cihazların bilim ve teknolojide bu kadar geniş bir uygulama alanı bulmasının nedeni budur.
Örneğin, silikon eriyiğine biraz beş değerlikli arseniğin eklendiğini varsayalım. Eriyiğin kristalleşmesinden sonra, oluşan silikon kristal kafesinin bazı yerlerinde arsenik atomlarının yer aldığı ortaya çıktı.

Bir arsenik atomunun dış elektronik seviyesinde beş elektron bulunur. Bunlardan dördü en yakın komşuları olan silikon atomlarıyla kovalent bağlar oluşturur (Şekil 7). Bu bağlarda yer almayan beşinci elektronun kaderi nedir?

Pirinç. 7. N tipi yarı iletken

Ve beşinci elektron serbest kalıyor! Gerçek şu ki, bu "ekstra" elektronun bir silikon kristalinde bulunan bir arsenik atomu ile bağlanma enerjisi, değerlik elektronlarının silikon atomları ile bağlanma enerjisinden çok daha azdır. Bu nedenle, zaten oda sıcaklığında, termal hareketin bir sonucu olarak neredeyse tüm arsenik atomları beşinci elektronsuz kalarak pozitif iyonlara dönüşür. Ve silikon kristali sırasıyla arsenik atomlarından ayrılan serbest elektronlarla doludur.

Bir kristalin serbest elektronlarla doldurulması bizim için yeni değil: onu yukarıda ısıtıldığında görmüştük. temiz silikon (herhangi bir yabancı madde olmadan). Ancak şimdi durum temelde farklı: arsenik atomunu terk eden serbest bir elektronun görünümüne, hareketli bir deliğin görünümü eşlik etmez. Neden? Sebep aynıdır; değerlik elektronlarının silikon atomlarıyla bağı, beşinci boşluktaki arsenik atomundan çok daha güçlüdür, dolayısıyla komşu silikon atomlarının elektronları bu boşluğu doldurma eğiliminde değildir. Böylece boşluk yerinde kalır, arsenik atomuna "dondurulur" ve akımın oluşumuna katılmaz.

Böylece, beş değerlikli arsenik atomlarının silikon kristal kafesine dahil edilmesi elektronik iletkenlik yaratır, ancak delik iletkenliğinin simetrik görünümüne yol açmaz. Akımın yaratılmasındaki ana rol artık bu durumda serbest elektronlara aittir. ana taşıyıcılarşarj.

İçsel iletim mekanizması elbette bir safsızlık varlığında bile çalışmaya devam eder: kovalent bağlar termal hareket nedeniyle hala kırılır ve serbest elektronlar ve delikler oluşur. Ancak artık arsenik atomları tarafından büyük miktarlarda sağlanan serbest elektronlardan çok daha az delik var. Bu nedenle bu durumda delikler azınlık taşıyıcılarışarj.

Eşit sayıda hareketli delik görünmeden atomları serbest elektron bağışlayan safsızlıklara denir. bağışçı. Örneğin, beş değerlikli arsenik bir donör safsızlığıdır. Yarı iletkende bir donör safsızlığının varlığında, serbest elektronlar ana yük taşıyıcılarıdır ve delikler ise küçük olanlardır; başka bir deyişle serbest elektronların konsantrasyonu deliklerin konsantrasyonundan çok daha yüksektir. Bu nedenle, donör safsızlıklarına sahip yarı iletkenlere denir. elektronik yarı iletkenler, veya n tipi yarı iletkenler(ya da sadece n-yarı iletkenler).

Ve ilginç bir şekilde, serbest elektronların konsantrasyonu bir n-yarı iletkendeki deliklerin konsantrasyonunu ne kadar aşabilir? Basit bir hesaplama yapalım.

Safsızlığın, yani bin silikon atomu başına bir arsenik atomu olduğunu varsayalım. Hatırladığımız gibi silikon atomlarının konsantrasyonu cm mertebesindedir.

Arsenik atomlarının konsantrasyonu sırasıyla bin kat daha az olacaktır: cm Safsızlık tarafından bağışlanan serbest elektronların konsantrasyonu da aynı olacaktır - sonuçta, her arsenik atomu bir elektron verir. Şimdi oda sıcaklığında silikon kovalent bağları kırıldığında ortaya çıkan elektron-delik çiftlerinin konsantrasyonunun yaklaşık olarak cm olduğunu hatırlayalım, farkı hissediyor musunuz? Bu durumda serbest elektronların konsantrasyonu, büyüklük sırasına göre deliklerin konsantrasyonundan, yani bir milyar kat daha fazladır! Buna göre, silikon yarı iletkenin direnci, bu kadar küçük miktarda yabancı madde eklendiğinde bir milyar kat azalır.

Yukarıdaki hesaplama, n-tipi yarı iletkenlerde asıl rolün aslında elektronik iletkenlik tarafından oynandığını göstermektedir. Serbest elektron sayısındaki bu kadar büyük bir üstünlüğün arka planına karşı, deliklerin hareketinin toplam iletkenliğe katkısı ihmal edilebilecek kadar küçüktür.

Aksine, delik iletkenliğinin baskın olduğu bir yarı iletken oluşturmak mümkündür. Bu, bir silikon kristaline, örneğin indiyuma üç değerlikli bir safsızlık eklenirse gerçekleşir. Böyle bir uygulamanın sonucu Şekil 2'de gösterilmektedir. 8.

Pirinç. 8. p-tipi yarı iletken

Bu durumda ne olur? İndiyum atomunun dış elektronik seviyesi, çevredeki üç silikon atomuyla kovalent bağlar oluşturan üç elektrona sahiptir. Dördüncü komşu silikon atomu için indiyum atomunun artık yeterli elektronu yoktur ve bu yerde bir delik belirir.

Ve bu delik basit değil ama özeldir; çok yüksek bağlanma enerjisine sahiptir. Komşu bir silikon atomundan bir elektron ona girdiğinde, içinde "sonsuza kadar sıkışıp kalacaktır", çünkü bir elektronun bir indiyum atomuna çekimi çok büyüktür - silikon atomlarından daha fazladır. İndiyum atomu negatif bir iyona dönüşecek ve elektronun geldiği yerde bir delik görünecek - ama şimdi silikon kristal kafesinde kırık bir kovalent bağ şeklinde sıradan bir hareketli delik. Bu delik, değerlik elektronlarının bir silikon atomundan diğerine "röle" aktarımı nedeniyle her zamanki gibi kristalin etrafında dolaşmaya başlayacaktır.

Ve böylece, indiyumun her safsızlık atomu bir delik oluşturur, ancak serbest bir elektronun simetrik görünümüne yol açmaz. Atomları elektronları "sıkıca" yakalayan ve böylece kristalde hareketli bir delik oluşturan bu tür safsızlıklara denir. akseptör.

Üç değerlikli indiyum, alıcı safsızlığının bir örneğidir.

Saf silikon kristaline bir alıcı safsızlığı eklenirse, safsızlık tarafından oluşturulan deliklerin sayısı, silikon atomları arasındaki kovalent bağların kopması nedeniyle ortaya çıkan serbest elektronların sayısından çok daha fazla olacaktır. Alıcı katkı maddesine sahip bir yarı iletken delik yarı iletken, veya p tipi yarı iletken(ya da sadece p-yarı iletken).

Delikler, p-yarı iletkende akımın üretilmesinde önemli bir rol oynar; delikler - büyük yük taşıyıcıları. Serbest elektronlar - küçük taşıyıcılar p-yarı iletkende şarj. Bu durumda serbest elektronların hareketi önemli bir katkı sağlamaz: elektrik akımı öncelikle delik iletimi ile sağlanır.

Pn kavşağı

Farklı iletkenlik türlerine (elektron ve delik) sahip iki yarı iletkenin temas noktasına denir. elektron deliği geçişi, veya Pn kavşağı. P-n birleşimi bölgesinde ilginç ve çok önemli bir olgu ortaya çıkıyor: tek yönlü iletim.

Şek. Şekil 9, p- ve n-tipi bölgelerin temasını göstermektedir; renkli daireler, ilgili bölgelerdeki çoğunluk (veya küçük) yük taşıyıcıları olan delikler ve serbest elektronlardır.

Pirinç. 9. Katman p-n birleşiminin engellenmesi

Termal hareket gerçekleştirerek yük taşıyıcıları bölgeler arasındaki arayüze nüfuz eder.

Serbest elektronlar n bölgesinden p bölgesine geçer ve orada deliklerle yeniden birleşir; delikler p bölgesinden n bölgesine yayılır ve orada elektronlarla yeniden birleşir.

Bu işlemlerin bir sonucu olarak, elektronik yarı iletkende temas sınırı yakınında, donör safsızlığının pozitif iyonlarının telafi edilmemiş bir yükü kalır ve delik yarı iletkeninde (aynı zamanda sınırın yakınında) alıcı safsızlık iyonlarının telafi edilmemiş bir negatif yükü ortaya çıkar. Bu telafi edilmeyen alan ücretleri sözde bariyer katmanı iç elektrik alanı serbest elektronların ve deliklerin temas sınırı boyunca daha fazla yayılmasını önleyen.

Şimdi kaynağın “artı”sını n-yarıiletkene, “eksi”sini de p-yarıiletkene uygulayarak yarı iletken elemanımıza bir akım kaynağı bağlayalım (Şekil 10).

Pirinç. 10. Ters yönde açın: akım yok

Dış elektrik alanının çoğunluk yük taşıyıcılarını temas sınırından daha uzağa taşıdığını görüyoruz. Bariyer tabakasının genişliği artar ve elektrik alanı artar. Bariyer tabakasının direnci yüksektir ve ana taşıyıcılar p-n bağlantısını aşamaz. Elektrik alanı yalnızca azınlık taşıyıcılarının sınırı geçmesine izin verir, ancak azınlık taşıyıcılarının çok düşük konsantrasyonu nedeniyle oluşturdukları akım ihmal edilebilir düzeydedir.

Dikkate alınan şema denir p-n bağlantısının ters yönde açılması. Ana taşıyıcılarda elektrik akımı yok; yalnızca ihmal edilebilir bir azınlık taşıyıcı akımı vardır. Bu durumda p-n bağlantısı kapalıdır.

Şimdi bağlantının polaritesini değiştirelim ve p-yarı iletkene "artı", n-yarı iletkene "eksi" uygulayalım (Şekil 11). Bu şema denir ileri yönde geçiş.

Pirinç. 11. İleri anahtarlama: akım akar

Bu durumda, dış elektrik alanı engelleme alanına karşı yönlendirilir ve p-n bağlantısı yoluyla ana taşıyıcılara yol açar. Bariyer tabakası incelir, direnci azalır.

Serbest elektronların n-bölgesinden p-bölgesine doğru kütlesel bir hareketi vardır ve buna karşılık delikler de p-bölgesinden n-bölgesine doğru birlikte hareket ederler.

Ana yük taşıyıcılarının hareketi nedeniyle devrede bir akım ortaya çıkar (Ancak elektrik alanı azınlık taşıyıcılarının akımını engeller, ancak bu ihmal edilebilir faktörün genel iletkenlik üzerinde gözle görülür bir etkisi yoktur).

P-n bağlantısının tek taraflı iletimi kullanılır yarı iletken diyotlar. Diyot, akımı yalnızca bir yönde ileten bir cihazdır; ters yönde ise diyottan hiçbir akım geçmez (diyotun kapalı olduğu söylenir). Diyotun şematik bir gösterimi Şekil 2'de gösterilmektedir. 12.

Pirinç. 12. Diyot

Bu durumda diyot soldan sağa doğru açıktır: yükler ok boyunca akıyor gibi görünür (şekilde görüyor musunuz?). Sağdan sola yönde, yükler duvara yaslanmış gibi görünüyor - diyot kapalı.

En iyi bilinen yarı iletken silikondur (Si). Ama onun dışında pek çok kişi daha var. Bir örnek, çinko blende (ZnS), cuprite (Cu2O), galena (PbS) ve diğerleri gibi doğal yarı iletken malzemelerdir. Laboratuvarda sentezlenen yarı iletkenleri de içeren yarı iletken ailesi, insanoğlunun bildiği en çok yönlü malzeme sınıflarından biridir.

Yarı iletkenlerin karakterizasyonu

Periyodik tablonun 104 elementinden 79'u metal, 25'i metal değildir, bunların 13'ü yarı iletken özelliklere sahiptir ve 12'si dielektriktir. Yarı iletkenler arasındaki temel fark, sıcaklık arttıkça elektriksel iletkenliklerinin önemli ölçüde artmasıdır. Düşük sıcaklıklarda dielektrik gibi davranırlar, yüksek sıcaklıklarda ise iletken gibi davranırlar. Bu yarı iletkenler metallerden farklıdır: metalin direnci sıcaklık artışıyla orantılı olarak artar.

Yarı iletken ile metal arasındaki diğer bir fark, yarı iletkenin direncinin ışığın etkisi altında düşmesi, ikincisinin ise metali etkilememesidir. Yarı iletkenlerin iletkenliği, az miktarda yabancı madde eklendiğinde de değişir.

Yarı iletkenler, çeşitli kristal yapılara sahip kimyasal bileşikler arasında bulunur. Bunlar silikon ve selenyum gibi elementler veya galyum arsenit gibi ikili bileşikler olabilir. Birçok poliasetilen (CH)n, - yarı iletken malzemeler. Bazı yarı iletkenler manyetik (Cd 1-x Mn x Te) veya ferroelektrik özellikler (SbSI) sergiler. Yeterli katkılamayla diğerleri süper iletkenler haline gelir (GeTe ve SrTiO 3). Yakın zamanda keşfedilen yüksek sıcaklık süperiletkenlerinin çoğu metalik olmayan yarı iletken fazlara sahiptir. Örneğin La 2 CuO 4 bir yarı iletkendir ancak Sr ile alaşımlandığında süper iletken (La 1-x Sr x) 2 CuO 4 haline gelir.

Fizik ders kitapları yarı iletkeni 10-4 ile 107 ohm m arasında elektrik direncine sahip bir malzeme olarak tanımlar. Alternatif bir tanım da mümkündür. Bir yarıiletkenin bant aralığı 0 ila 3 eV arasındadır. Metaller ve yarı metaller sıfır enerji aralığına sahip malzemelerdir ve 3 eV'yi aştığı maddelere yalıtkanlar denir. İstisnalar da var. Örneğin, yarı iletken elmasın bant aralığı 6 eV, yarı yalıtkan GaAs - 1,5 eV'dir. Mavi bölgenin malzemesi olan GaN'nin bant aralığı 3,5 eV'dir.

Enerji açığı

Kristal kafesteki atomların değerlik yörüngeleri iki enerji seviyesi grubuna ayrılır - en üst seviyede bulunan ve yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliğini belirleyen serbest bölge ve aşağıda bulunan değerlik bölgesi. Bu seviyeler, kristal kafesin simetrisine ve atomların bileşimine bağlı olarak kesişebilir veya birbirinden belirli bir mesafede yerleştirilebilir. İkinci durumda bantlar arasında enerji boşluğu, diğer bir deyişle yasak bölge ortaya çıkar.

Seviyelerin düzenlenmesi ve doldurulması maddenin iletken özelliklerini belirler. Bu temelde maddeler iletkenlere, yalıtkanlara ve yarı iletkenlere ayrılır. Yarı iletken bant aralığı genişliği 0,01-3 eV arasında değişir, dielektrik enerji aralığı 3 eV'yi aşar. Üst üste binen seviyelerden dolayı metallerde enerji boşluğu yoktur.

Yarı iletkenler ve dielektrikler, metallerin aksine, elektronlarla dolu bir valans bandına sahiptir ve en yakın serbest bant veya iletim bandı, yasak elektron enerjilerinin bir bölümü olan bir enerji boşluğu ile valans bandından çitle çevrilir.

Dielektriklerde termal enerji veya önemsiz bir elektrik alanı bu boşluktan atlamak için yeterli değildir; elektronlar iletim bandına girmezler. Kristal kafes boyunca hareket edemezler ve elektrik akımının taşıyıcıları olamazlar.

Elektriksel iletkenliği uyarmak için değerlik seviyesindeki bir elektrona, enerji açığını aşmaya yetecek enerjinin verilmesi gerekir. Elektron yalnızca enerji aralığının değerinden daha az olmayan bir miktarda enerji emdiğinde değerlik seviyesinden iletim seviyesine geçecektir.

Enerji aralığının genişliğinin 4 eV'yi aşması durumunda, yarı iletken iletkenliğin ışınlama veya ısıtma yoluyla uyarılması pratik olarak imkansızdır - erime sıcaklığında elektronların uyarılma enerjisi, enerji aralığı bölgesinden atlamak için yetersizdir. Isıtıldığında kristal, elektronik iletim gerçekleşene kadar eriyecektir. Bu tür maddeler arasında kuvars (dE = 5,2 eV), elmas (dE = 5,1 eV) ve birçok tuz bulunur.

Yarı iletkenlerin safsızlığı ve içsel iletkenliği

Saf yarı iletken kristallerin kendi iletkenlikleri vardır. Bu tür yarı iletkenlere içsel denir. İçsel bir yarı iletken eşit sayıda delik ve serbest elektron içerir. Isıtıldığında yarı iletkenlerin içsel iletkenliği artar. Sabit bir sıcaklıkta, oluşan elektron-delik çiftlerinin sayısı ile yeniden birleşen elektron ve deliklerin sayısı arasında, belirli koşullar altında sabit kalan dinamik bir denge durumu ortaya çıkar.

Safsızlıkların varlığı yarı iletkenlerin elektriksel iletkenliği üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bunların eklenmesi, az sayıda deliğe sahip serbest elektronların sayısının büyük ölçüde arttırılmasına ve iletim seviyesinde az sayıda elektrona sahip deliklerin sayısının arttırılmasına olanak sağlar. Safsızlık yarı iletkenleri, safsızlık iletkenliğine sahip iletkenlerdir.

Kolayca elektron veren safsızlıklara donör safsızlıkları denir. Donör safsızlıkları, değerlik seviyeleri baz maddenin atomlarından daha fazla elektron içeren atomlara sahip kimyasal elementler olabilir. Örneğin, fosfor ve bizmut silikon donör safsızlıklarıdır.

Elektronun iletim bölgesine atlaması için gereken enerjiye aktivasyon enerjisi denir. Safsızlık yarı iletkenleri, temel maddeye göre çok daha azına ihtiyaç duyar. Hafif bir ısıtma veya aydınlatma ile, ağırlıklı olarak saf olmayan yarı iletkenlerin atomlarının elektronları açığa çıkar. Atomdan ayrılan elektronun yeri bir delik tarafından işgal edilmiştir. Ancak elektronların deliklere rekombinasyonu pratikte gerçekleşmez. Donörün delik iletkenliği önemsizdir. Bunun nedeni, az sayıda safsızlık atomunun, serbest elektronların sıklıkla deliğe yaklaşmasına ve onu işgal etmesine izin vermemesidir. Elektronlar deliklerin yakınında bulunur ancak enerji seviyesinin yetersiz olması nedeniyle onları dolduramazlar.

Donör safsızlığının hafif bir şekilde eklenmesi, iletken elektronların sayısını, içsel yarı iletkendeki serbest elektronların sayısına kıyasla birkaç kat artırır. Buradaki elektronlar, safsızlık yarı iletkenlerinin atomlarının ana yük taşıyıcılarıdır. Bu maddeler n-tipi yarı iletkenler olarak sınıflandırılır.

Bir yarı iletkenin elektronlarını bağlayan ve içindeki delik sayısını artıran yabancı maddelere alıcı denir. Alıcı safsızlıkları, baz yarı iletkenden değerlik seviyesinde daha az elektrona sahip kimyasal elementlerdir. Bor, galyum, indiyum - silikon için alıcı yabancı maddeler.

Bir yarı iletkenin özellikleri, kristal yapısındaki kusurlara bağlıdır. Son derece saf kristallerin yetiştirilme ihtiyacının nedeni budur. Yarı iletken iletkenlik parametreleri katkı maddeleri eklenerek kontrol edilir. Silikon kristalleri, n-tipi bir silikon kristali oluşturmak için donör olan fosfor (alt grup V elementi) ile katkılanır. Delik iletkenliğine sahip bir kristal elde etmek için silikonun içine bir bor alıcısı eklenir. Bant aralığının ortasına taşımak için telafi edilmiş Fermi seviyesine sahip yarı iletkenler de benzer şekilde oluşturulur.

Tek elemanlı yarı iletkenler

En yaygın yarı iletken elbette silikondur. Germanyum ile birlikte benzer kristal yapılara sahip geniş bir yarı iletken sınıfının prototipi haline geldi.

Si ve Ge kristallerinin yapısı elmas ve α-kalay ile aynıdır. İçinde her atom, bir tetrahedron oluşturan en yakın 4 atomla çevrilidir. Bu koordinasyona dörtlü denir. Tetra bağlı kristaller elektronik endüstrisinin temeli haline gelmiş ve modern teknolojide önemli bir rol oynamaktadır. Periyodik tablonun V ve VI gruplarının bazı elemanları da yarı iletkenlerdir. Bu tip yarı iletkenlerin örnekleri fosfor (P), kükürt (S), selenyum (Se) ve tellürdür (Te). Bu yarı iletkenlerde atomlar üç katlı (P), iki katlı (S, Se, Te) veya dört katlı koordinasyona sahip olabilir. Sonuç olarak, bu tür elementler birçok farklı kristal yapıda mevcut olabilir ve ayrıca cam formunda da elde edilebilir. Örneğin Se, monoklinik ve trigonal kristal yapılarda veya cam (aynı zamanda bir polimer olarak da kabul edilebilir) olarak büyütüldü.

Elmas mükemmel ısı iletkenliğine, mükemmel mekanik ve optik özelliklere ve yüksek mekanik dayanıma sahiptir. Enerji aralığı genişliği dE = 5,47 eV'dir.

Silikon, güneş pillerinde kullanılan ve ince film güneş pillerinde amorf formda kullanılan bir yarı iletkendir. Güneş pillerinde en çok kullanılan yarı iletkendir, üretimi kolaydır ve iyi elektriksel ve mekanik özelliklere sahiptir. dE = 1,12 eV.

Germanyum, gama spektroskopisinde, yüksek performanslı fotovoltaik hücrelerde kullanılan bir yarı iletkendir. İlk diyotlarda ve transistörlerde kullanıldı. Silikona göre daha az temizlik gerektirir. dE = 0,67 eV.

Selenyum, selenyum redresörlerinde kullanılan, radyasyon direnci yüksek ve kendi kendini iyileştirme özelliğine sahip bir yarı iletkendir.

İki parçalı bağlantılar

Periyodik tablonun 3. ve 4. grup elemanlarının oluşturduğu yarı iletkenlerin özellikleri 4 gruba benzemektedir. 4 grup elementten 3-4 gr bileşiklere geçiş. Elektron yükünün grup 3 atomundan grup 4 atomuna aktarılması nedeniyle bağları kısmen iyonik hale getirir. İyoniklik yarı iletkenlerin özelliklerini değiştirir. Coulomb interion etkileşiminin ve elektronların bant yapısının enerji boşluğunun enerjisinin artmasının nedeni budur. Bu tipteki ikili bileşiğin bir örneği, indiyum antimonid InSb, galyum arsenid GaAs, galyum antimonid GaSb, indiyum fosfit InP, alüminyum antimonid AlSb, galyum fosfit GaP'dir.

Kadmiyum selenit, çinko sülfür, kadmiyum sülfür, kadmiyum tellür, çinko selenit gibi 2-6 grup maddelerinin bileşiklerinde iyoniklik artar ve değeri daha da artar. Sonuç olarak, 2-6 gruplarının çoğu bileşiği için bant aralığı, cıva bileşikleri hariç, 1 eV'den daha geniştir. Cıva tellür, enerji boşluğu olmayan bir yarı iletken, α-kalay gibi bir yarı metaldir.

Lazerlerin ve ekranların üretiminde büyük enerji aralığına sahip 2-6 gruplarının yarı iletkenleri kullanılmaktadır. Daraltılmış enerji aralığına sahip 2-6 grubun ikili bağlantıları kızılötesi alıcılar için uygundur. Yüksek iyonikliklerinden dolayı 1-7 grup elementlerinin (bakır bromür CuBr, gümüş iyodür AgI, bakır klorür CuCl) ikili bileşikleri 3 eV'den daha geniş bir bant aralığına sahiptir. Aslında yarı iletken değil, yalıtkandırlar. Coulomb interiyonik etkileşimi nedeniyle kristalin sabitleme enerjisindeki artış, atomların ikinci dereceden koordinasyon yerine altı kat yapılanmasına katkıda bulunur. 4-6 gruplarının bileşikleri - kurşun sülfür ve tellür, kalay sülfür - aynı zamanda yarı iletkenlerdir. Bu maddelerin iyoniklik derecesi de altı kat koordinasyonun oluşmasına katkıda bulunur. Önemli iyoniklik, onların çok dar bant aralıklarına sahip olmalarını engellemez, bu da onların kızılötesi radyasyonu almak için kullanılmalarına olanak tanır. Geniş enerji aralığına sahip 3-5 gruptan oluşan bir bileşik olan galyum nitrür, spektrumun mavi kısmında çalışan LED'lerde uygulama bulmuştur.

GaAs, galyum arsenit, silikondan sonra en çok talep edilen ikinci yarı iletkendir ve genellikle IR diyotlarda, yüksek frekanslı mikro devrelerde ve transistörlerde, yüksek verimli fotovoltaik hücrelerde, lazer diyotlarda, nükleerde GaInNA'lar ve InGaAs gibi diğer iletkenler için bir substrat olarak kullanılır. tedavi dedektörleri. dE = 1,43 eV, bu da cihazların gücünün silikona göre arttırılmasını mümkün kılar. Kırılgandır, daha fazla safsızlık içerir, üretimi zordur.

ZnS, çinko sülfür - 3,54 ve 3,91 eV bant aralığına sahip hidrosülfit asidin çinko tuzu, lazerlerde ve fosfor olarak kullanılır.

SnS, kalay sülfür – fotodirençlerde ve fotodiyotlarda kullanılan bir yarı iletken, dE= 1,3 ve 10 eV.

oksitler

Metal oksitler ağırlıklı olarak mükemmel yalıtkanlardır ancak istisnalar da vardır. Bu tip yarı iletkenlerin örnekleri nikel oksit, bakır oksit, kobalt oksit, bakır dioksit, demir oksit, öropiyum oksit, çinko oksittir. Bakır dioksit, kuprit minerali olarak mevcut olduğundan, özellikleri kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Bu tür yarı iletkenlerin yetiştirilme prosedürü henüz tam olarak anlaşılmamıştır, dolayısıyla uygulamaları hala sınırlıdır. Bunun istisnası, dönüştürücü olarak ve yapışkan bantlar ve sıvaların üretiminde kullanılan, 2-6 gruplarının bir bileşiği olan çinko oksittir (ZnO).

Bakırın oksijenle birçok bileşiğinde süperiletkenliğin keşfedilmesinden sonra durum kökten değişti. Müller ve Bednorz tarafından keşfedilen ilk yüksek sıcaklık süper iletkeni, 2 eV enerji aralığına sahip yarı iletken La 2 CuO 4'e dayanan bir bileşikti. Üç değerlikli lantanın iki değerlikli baryum veya stronsiyum ile değiştirilmesiyle yarı iletkene delik yük taşıyıcıları eklenir. Gerekli delik konsantrasyonuna ulaşmak La 2 CuO 4'ü bir süper iletkene dönüştürür. Şu anda süperiletken duruma en yüksek geçiş sıcaklığı HgBaCa2Cu3O8 bileşiğine aittir. Yüksek basınçta değeri 134 K'dır.

Çinko oksit olan ZnO, varistörlerde, mavi LED'lerde, gaz sensörlerinde, biyolojik sensörlerde, kızılötesi ışığı yansıtan pencere kaplamalarında, LCD'lerde ve güneş panellerinde iletken olarak kullanılır. dE=3,37 eV.

katmanlı kristaller

Kurşun diiyodür, galyum selenit ve molibden disülfit gibi ikili bileşikler katmanlıdır.Katmanlarda, katmanların kendi aralarındaki van der Waals bağlarından çok daha güçlü olan önemli kuvvetler etki eder. Bu tür yarı iletkenler, elektronların katmanlar halinde neredeyse iki boyutlu davranması bakımından ilgi çekicidir. Katmanların etkileşimi, yabancı atomların eklenmesiyle - ara katmanla - değiştirilir.

MoS 2, molibden disülfit, yüksek frekanslı dedektörlerde, doğrultucularda, memristörlerde, transistörlerde kullanılır. dE=1,23 ve 1,8 eV.

Organik yarı iletkenler

Organik bileşiklere dayalı yarı iletkenlerin örnekleri arasında naftalin, poliasetilen (CH2)n, antrasen, polidiasetilen, ftalosiyanit, polivinilkarbazol yer alır. Organik yarı iletkenlerin inorganik olanlara göre bir avantajı vardır: onlara istenilen nitelikleri kazandırmak kolaydır. -С=С-С= biçiminde konjuge bağlara sahip maddeler önemli ölçüde optik doğrusal olmama özelliğine sahiptir ve bu nedenle optoelektronikte kullanılır. Ayrıca organik yarı iletkenlerin enerji süreksizlik bölgeleri, geleneksel yarı iletkenlere göre çok daha kolay olan bileşik formülü değiştirilerek değiştirilir. Karbonun kristal allotropları - fulleren, grafen, nanotüpler - aynı zamanda yarı iletkenlerdir.

Fulleren, çift sayıda karbon atomundan oluşan dışbükey kapalı bir çokyüzlü şeklinde bir yapıya sahiptir. Ve fulleren C 60'ın bir alkali metalle katkılanması onu bir süper iletkene dönüştürür.

Grafen, iki boyutlu altıgen bir kafese bağlanan tek atomlu bir karbon tabakasından oluşur. Rekor bir termal iletkenliğe ve elektron hareketliliğine, yüksek sertliğe sahiptir.

Nanotüpler, birkaç nanometre çapında bir tüpe sarılmış grafit levhalardır. Karbonun bu formları nanoelektronik alanında büyük umut vaat ediyor. Bağlantıya bağlı olarak metalik veya yarı iletken nitelikler sergileyebilirler.

Manyetik yarı iletkenler

Manyetik europium ve manganez iyonları içeren bileşikler ilginç manyetik ve yarı iletken özelliklere sahiptir. Bu tip yarı iletkenlerin örnekleri, europium sülfür, europium selenit ve Cd 1-x- Mn x Te gibi katı çözeltilerdir. Manyetik iyonların içeriği, antiferromanyetizma ve ferromanyetizma gibi manyetik özelliklerin maddelerde nasıl göründüğünü etkiler. Yarı manyetik yarı iletkenler, küçük bir konsantrasyonda manyetik iyonlar içeren yarı iletkenlerin katı manyetik çözümleridir. Bu tür sağlam çözümler vaatleri ve olası uygulamalara yönelik büyük potansiyelleri nedeniyle dikkat çekiyor. Örneğin, manyetik olmayan yarı iletkenlerin aksine, bir milyon kat daha fazla Faraday dönüşü elde edebilirler.

Manyetik yarı iletkenlerin güçlü manyeto-optik etkileri, bunların optik modülasyon için kullanılmasını mümkün kılar. Perovskitler, Mn 0,7 Ca 0,3 O 3 gibi, özellikleri açısından metal-yarı iletken geçişinden üstündür; manyetik alana doğrudan bağımlılığı dev manyeto-direnç olgusuyla sonuçlanır. Radyo mühendisliğinde, manyetik alanla kontrol edilen optik cihazlarda, mikrodalga cihazlarının dalga kılavuzlarında kullanılırlar.

Yarı iletken ferroelektrikler

Bu tür kristaller, içlerindeki elektrik momentlerinin varlığı ve kendiliğinden polarizasyonun ortaya çıkmasıyla ayırt edilir. Örneğin kurşun titanat PbTiO3, baryum titanat BaTiO3, germanyum tellür GeTe, kalay tellür SnTe gibi yarı iletkenler düşük sıcaklıklarda ferroelektrik özelliklere sahip olan özelliklere sahiptir. Bu malzemeler doğrusal olmayan optik, depolama cihazlarında ve piezoelektrik sensörlerde kullanılır.

Çeşitli yarı iletken malzemeler

Yukarıda bahsedilen yarı iletken maddelere ek olarak, listelenen türlerin hiçbirinin kapsamına girmeyen birçok başka madde daha vardır. 1-3-5 2 (AgGaS 2) ve 2-4-5 2 (ZnSiP 2) formülüne göre elementlerin bileşikleri, kalkopirit yapısında kristaller oluşturur. Bileşiklerin bağları çinko blende kristal yapısına sahip 3-5 ve 2-6 gruplu yarı iletkenlere benzer şekilde tetrahedraldir. 5. ve 6. gruptaki yarı iletkenlerin (As 2 Se 3 gibi) elemanlarını oluşturan bileşikler kristal veya cam formunda yarı iletkendir. Bizmut ve antimon kalkojenitler yarı iletken termoelektrik jeneratörlerde kullanılır. Bu tür yarı iletkenlerin özellikleri son derece ilgi çekicidir ancak sınırlı uygulama nedeniyle popülerlik kazanmamıştır. Ancak bunların varlığı, yarı iletken fiziğinin henüz tam olarak araştırılmamış alanlarının varlığını doğruluyor.