دانلود مقاله سيليسيوم

جريان الكتريكي در فلز از حركت بارهاي منفي (الكترونها) و در نيم رساناها از حركت بارهاي منفي (الكترونها) و بارهاي مثبت (حفره ها) ناشي مي شود. مواد نيم رسانا اعم از سيليسيوم و ژرمانيوم مي توانند بوسيله اتم هاي ناخالص چنان آلائيده شوند… پیشنهاد می کنیم ادامه این مطلب مفید و ارزشمند را در مقاله سيليسيوم دنبال نمایید. این فایل شامل 21 صفحه و در قالب word ارائه شده است.

مشخصات فایل سيليسيوم

عنوان: سيليسيوم
فرمت فایل : word (قابل ویرایش)
تعداد صفحات : 21
حجم فایل : 45 کیلوبایت

بخشی از  مقاله سيليسيوم را در ادامه مشاهده خواهید نمود.

مواد نيم رسانا

جريان الكتريكي در فلز از حركت بارهاي منفي (الكترونها) و در نيم رساناها از حركت بارهاي منفي (الكترونها) و بارهاي مثبت (حفره ها) ناشي مي شود. مواد نيم رسانا اعم از سيليسيوم و ژرمانيوم مي توانند بوسيله اتم هاي ناخالص چنان آلائيده شوند كه جريان الكتريكي عمدتاً از الكترونها يا حفره ها شود. نيم رساناها گروهي از مواد هستند كه رسانايي الكتريكي آنها بين فلزات و عايق ها قرار دارد. بلور كامل و خالص اغلب نيمه رساناها در صفر مطلق عايق است. ويژگيهاي متخصه نيم رساناها اين است كه رسانايي آنها با تغيير دما، برانگيزش نوري و ميزان ناخالص به نحو قابل ملاحظه اي تغيير مي كند. اين قابليت تغيير خواص الكتريكي، مواد نيمه رسانا را انتخاب مناسبي براي تحقيق در زمينه قطعات الكترونيكي ساخته است. نيم رساناها رساناهاي الكترونيكي هستند كه مقاومت ويژه آنها در دماي اطاق عموماً در گستره^2-10 تا ⁹ 10 واقع است. اين گستره در بين مقادير مقاومت ويژه رساناهاي خوب ^6-10 و عايقها ¹⁴ 10 تا ²² 10 قرار دارد ]1[ و ]2[

مقاومت ويژه نيم رساناها مي تواند قوياً به دما وابسته باشد، وسايلي از قبيل، ترانزيستورها، يكسوسازها، مدوله كننده ها، آشكارسازها، ترميستورها و فوتوسلها براساس ويژگيهاي نيم رساناها كار مي كنند. رسانندگي يك نيم رساناها بطور كلي نسبت به دما، روشنايي، ميدان مغناطيسي، مقدار دقيق ناخالصي اتم ها حساسيت دارد. مطالعه مواد نيم رسانا در اوايل قرن نوزدهم شروع شده در طول سالها نيم رساناهاي فراواني مورد مطالعه قرار گرفته اند.

جدول 1 قسمتي از جدول تناوبي مربوط به نيمه رساناها را نشان مي دهد. نيم رساناهاي عنصري يعني آنهايي كه از نمونه هاي منفرد اتم ها تشكيل مي شوند، نظير سيليسيوم (Si) و ژرمانيوم (Ge) را مي توان در ستون IV پيدا نمود. مع ذلك، نيم رساناهاي مركب بيشماري از دو يا تعداد بيشتري عنصر تشكيل مي گردند. براي مثال گاليوم آرسنيد (GaAs) يك تركيب III-V است كه تركيبي از گاليوم از ستون III و آرستيك (As) از ستون V مي باشد. در جدول 2 ليست بعضي از نيم رساناهاي عنصري و مركب ارائه شده است. ]1[

نيم رساناهاي بسيار خاص از خود رسانندگي ذاتي نشان مي دهند كه از رسانندگي ناخالصي در نمونه هاي با خلوص كمتر متمايز است.

در گستره دماي ذاتي ويژگيهاي الكتريكي نيم رسانا در اثر ناخالصي هاي بلور اساساً تغيير نمي كند. يك طرح نواري الكتروني كه به رسانندگي ذاتي منجر مي شود.

شكل 1-1- طرح نواري براي رسانندگي ذاتي در نيم رسانا. در صفر كلوين رسانندگي صفر است، زيرا تمام حالتهاي نوار ظرفيت پر و تمام حالتهاي نوار رسانش خالي اند. با افزايش دما الكترونها بطور گرمايي از نوار ظرفيت به نوار رسانش برانگيخته و در آنها متحرك مي شوند.

نوار رسانش در صفر مطلق خالي است و به اندازه گاف انرژياز نوار ظرفيت فاصله دارد. گاف نواري اختلاف انرژي بين پائين ترين نقطه نوار رسانش و بالاترين نقطه نوار ظرفيت است. پائين ترين نقطه نوار رسانش را لبة نوار رسانش مي نامند. بالاترين نقطه در نوار ظرفيت به لبه نوار ظرفيت موسوم است.

با افزايش دما، الكترونها به گونه گرمايي از نوار ظرفيت به نوار رسانش برانگيخته مي‌شوند (شكل 2-1). هم الكترونهاي نوار رسانش و هم اربيتالهاي خالي يا حفره هاي به جا مانده در نوار ظرفيت، در رسانندگي الكتريكي شركت مي كنند. ]2[

 (ب) سيليسيوم، در شرايط ذاتي تراكم حفره ها با تراكم الكترونها برابر است. در يك دماي مفروض تراكم ذاتي در Ge بيشتر از Si است، زيرا گاف انرژي ذر (ev67/0) باريكتر از (ev12/1) Si است.

1-2- سيليسيوم

در اوايل دهه 1950 ژرمانيوم مهمترين ماده نيمه رسانا بود مع ذلك ثابت شد كه ژرمانيوم براي بسياري از كاربردها مناسب نمي باشد. زيرا قطعات ژرمانيوم حتي در دماهايي كه بطور معتدل بالا مي روند نشت جريان بالايي را نشان مي دهند به علاوه اكسيد ژرمانيوم در آب قابل حل است و براي ساخت قطعات مناسب نيست، از اوايل دهه 1960 به بعد سيليسيوم به يك جانشين عملي تبديل شده است و اينك واقعاً ژرمانيوم را به عنوان يك ماده براي ساخت نيمه هادي از ميدان خارج كرده است.

دليل عمده استفاده از سيليسيوم اين است كه قطعات سيليسيومي جريان نشت كمتري را نشان مي دهند و اكسيد سيليسيوم با كيفيت بالا را مي توان به طور گرمايي رشد داد و از طرف ديگر قطعات سيليسيوم اصلاح شده خيلي ارزانتر از مواد نيم رساناي ديگر هستند. سيليسيوم به شكل سيليكا و سيليكاتها 25% پوسته زمين را تشكيل مي دهد، و سيليسيوم بعد از اكسيژن از نظر فراواني دومين ماده است و در حال حاضر، سيليسيوم يكي از آن عناصر جدول تناوبي است كه به مقدار خيلي زياد مورد مطالعه واقع شده است،و تكنولوژي سيليسيوم تا كنون دربين تمام تكنولوژيهاي نيم رسانايي پيشرفته‌ترين مي باشد.

بسياري از نيم رساناهاي مركب داراي خواص الكتريكي و اپتيكي هستند كه سيليسيوم فاقد آن هاست. اين نيم رساناها بويژه گاليوم آرسنيد بطور عمده براي كاربردهاي موج ريز و نوري مورد استفاده قرار مي گيرند. اگرچه ما آنقدر كه درباره تكنولوژي سيليسيوم مي دانيم دربارة تكنولوژي نيم رساناهاي مركب نمي دانيم، بخشي از تكنولوژي نيم رساناهاي مركب بخاطر پيشرفت در تكنولوژي سيليسيوم رشد كرده است.

1-3- ساختار بلوي سيليسيوم

در يك بلور اتمها به طريق سه بعدي دوره اي آرايش يافته اند. آرايش دوره اي اتمها در بلور شبكه ناميده مي شود. در بلو، يك اتم هرگز دور از يك مكان ثابت، منفرد سرگردان نمي باشد. ارتعاشات گرمايي مربوط به اين اتم حول اين مكان متمركز مي‌شود. براي يك نيم رساناي معين يك ياخته واحد وجود دارد كه نماينده تمام شبكه است، با تكرار ياخته واحد در سرتاسر بلور، مي توان تمام شبكه را ايجاد نمود. سيليسيوم داراي يك ساختار شبكه الماسي با ثابت شبكه A 43/5 آنگستروم مي باشد. (شكل 3-1) اين ساختار متعلق به خانواده بلور مكعبي هست و مي توان آن را به صورت دو زير شبكه مكعبي fcc كه در يكديگر نفوذ كرده اند، مشاهده نمود.

بدين طريق كه يك زير شبكه به اندازه يك چهارم فاصله در راستاي قطر مكعب (يعني تغيير مكاني به اندازه ) نسبت به زير شبكه ديگر جابجا شده است.

تمام اتمها در شبكه الماسي يكسان هستند و هر اتم در شبكه الماسي با چهار نزديكترين همسايه كه با فاصله مساوي در گوشه هاي يك چهار وجهي قرار دارند احاطه شده است. (به كره هاي متصل شده با خط سياه در شكل 3-1- الف مراجعه شود). به زبان برداري شبكه الماسي يك شبكه مكعبي مركز وجهي fcc با يك پايه دو اتمي در نقاط  و يا به شكل دو شبكه fcc كه در امتداد قطر درهم جابجا شده اند.

سلول بسيط شبكه fcc با بردارهاي بسيط:

                       (1-1)

معين مي شود. شبكه وارون fcc با ثابت شبكه a يك شبكه مكعبي مركز حجمي bcc با ثابت شبكه  با بردارهاي بسيط:

(2-1)

مي باشند. ]2[

1-4- پيوندهاي ظرفيت

هر اتم در شبكه الماسي با چهار نزديكترين همسايه مجاور احاطه مي شود. شكل 4-1-(الف) پيكربندي چهار وجهي شبكه الماسي را نشان مي دهد. نمودار پيوند دو بعدي ساده شده براي چهار وجهي در شكل 4-1-(ب) نشان داده شده است هر اتم در مدار خارجي داراي چهار الكترون است و هر اتم اين الكترونهاي ظرفيت را با چهار همسايه‌اش به اشتراك مي گذارد و اين اشتراك گذاري الكترونها به پيوند كووالانس مشهور است، هر جفت الكترون يك پيوند كووالانت تشكيل مي دهند. پيوند كووالانس بين اتمها يك نوع عنصر و يا بين اتمهاي عناصر متفاوت كه داراي پيكربندي يكساني در پوسته خارجي هستند اتفاق مي افتد، هر الكترون با هر هسته، مقدار زمان مساوي صرف مي كنند. مع ذلك، هر دو الكترون بيشتر وقت خود را در فاصله ميان دو هسته صرف مي كنند. نيروي جاذبه هر دو دسته بر الكترونها، دو اتم را به يكديگر مي چسباند.

در دماهاي پائين، الكترونها در شبكه چهار وجهي مربوط به خودشان محدود مي‌شوند در نتيجه براي رسانش مناسب نيستند. در دماهاي بالاتر، ارتعاشات گرمايي ممكن است پيوندهاي كووالان را بشكنند. وقتي پيوندي شكسته مي شود، يك الكترون آزاد مي شود كه مي تواند در جريان رسانش شركت كند شكل 5-1 (الف) موقعيت را وقتاي كه يك الكترون ظرفيت بر يك الكترون آزاد تبديل مي شود، نشان مي دهد. در پيوند كووالان كمبود يك الكترون ايجاد مي شود. اين كمبود مي تواند با يكي از الكترونهاي همسايه پر شود كه منجر به سوق كمبود مثلاً از A به محل B در شكل5-1 (ب) مي شود. بنابراين مي توانيم اين كمبود را به صورت يك ذره شبيه الكترون در نظر بگيريم. اين ذره غير واقعي را حفره مي گويند. اين ذره حامل بار مثبت است و زير نفوذ ميدان الكتريكي اعمال شده در راستاي مخالف حركت الكترون حركت مي‌كند مفهوم حفره شبيه به حباب در مايع است اگرچه در واقع اين مايع است كه حركت مي كند اما آسانتر است كه درباره حركت حباب در راستاي مخالف صحبت كنيم. ]1[

1-5- نوارهاي انرژي

تئوري نوار انرژي براساس مدل كرونيك پني و مدلهاي مفصل‌تر همچون مدل بستگي قوي و يا حل معادله شرودينگر نشان مي دهند كه انرژيهايي كه الكترونها در جامد اختيار مي كنند در نوارهاي مجازي قرار مي گيرند كه اين نوارها به وسيله ناحيه انرژي ممنوع از هم فاصله دارند. براي يك اتم منفرد مثلاً يك اتم منفرد سيليكون الكترونهاي اتم فقط مي توانند داراي ترازهاي انرژي مجزا باشند:

در صورت تمایل شما می توانید مقاله سيليسيوم را به قیمت 12500 تومان از سایت فراپروژه دانلود نمایید. اگر در هر کدام از مراحل خرید یا دانلود با سوال یا ابهامی مواجه شدید می توانید از طریق آدرس contact-us@faraproje.ir و یا ارسال پیامک به شماره: 09382333070 با ما در تماس باشید. با اطمینان از وب سایت فراپروژه خرید کنید، زیرا پشتیبانی سایت همیشه همراه شماست.