Доброго дня суток, дорогие зрители и читатели, рад всех вас видеть. Как-то на днях я начал всё больше думать о микроэлектронике, микросхемах и всех составляющих данного множества элементах. А ведь и не возможно об этом не думать, так как микроэлектроника уже давно вошла в наш быт - это то, на чём работают все компьютеры, телефоны, даже простые зарядные устройства уже оснащены микросхемами. И мне пришла в голову идея - а почему бы и не затронуть эту тему и не написать про неё всё то, что мне на данный момент известно. Перед тем, как начать говорить о микрочипах мне бы хотелось начать с базовых моментов, чтобы было проще ориентироваться во всей этой большой куче знаний. Ну что же, давайте начнём...
Полупроводники
Для начала вспомним, какие бывают виды веществ в зависимости от их токопроводности. Диэлектрики - это вещества, которые не проводят электрический ток. Проводники - вещества, которые проводят электрический ток. Но есть ещё один вид веществ - полупроводники. Что такое полупроводники? Полупроводники - это вещества, токопроводность которых зависит от внешних факторов, таких как влажность, температура, освещение, а также добавления различных примесей, т.е по токопроводности они занимают промежуточное положение между диэлектриками и проводниками. В наше время полупроводники получили широкое распространение в электронике и микроэлектронике. Самые распространённые из них: кремний (Si), теллур (Te), германий (Ge), селен (Se).
2) Электрический ток и строение атома
Строение атома и о том, что такое электрический ток вы можете почитать в этой публикации:
Вкратце, электрический ток представляет собой упорядоченное и направленное движение зараженных частиц (ионов и электронов). Вернёмся к полупроводникам, рассмотрим, к примеру, чистый кристалл кремния. Сам по себе он проводит ток слабо. Вызвано это тем, что четыре электрона на внешней оболочке каждого атома крепко связаны с четырьмя соседними атомами и высвобождаются очень трудно, как в диэлектриках.
Только что мы рассмотрели проводимость в ЧИСТОМ кристалле кремния, но что будет если в него внедрить (интегрировать) атомы какого-либо другого вещества, например, мышьяка? Насколько мы помним из школьного курса химии, всего в атоме мышьяка (As) 33 электрона, которые распределены на 4 энергетических уровнях (выражаясь на простом языке, орбиталях). На первом уровне два электрона, на втором - 8, на третьем - 18, на четвёртом - 5. Как мы уже убедились, на его последнем слое расположено 5 электронов, тогда при интегрировании его в кристалл останется один свободный электрон. Если мы интегрируем в кристалл кремния уже несколько атомов мышьяка, то выделится несколько свободных электронов, перемещающийся внутри кристаллической решётки, а под действием электрического поля они уже способны упорядоченно и направленно перемещаться, т.е. образуется электрический ток при гораздо меньшем напряжении, приложенном к полупроводнику, чем электроны в чистом кристалле кремния.
Проводимость, рассмотренная в данном примере, называется электронной, поскольку она осуществляется за счёт свободных электронов в полупроводнике, примеси, которые способствуют образованию электронной проводимости, называют донорными и обозначают буквой n (negative).
Рассмотрим пример, когда в чистый кристалл кремния интегрируют атомы индия. Всего в атоме индия (In) 49 электронов, которые распределены на 5 энергетических слоях, на внешнем энергетическом уровне у него 3 электрона, которые при внедрении в кристалл вступят в связи с тремя атомами кремния, а четвёртая связь, т.е. связь с четвёртым атомом останется незаполненной, тогда на этом самом месте образуется положительный ион, именуемый как "дырка". При образовании вокруг кристалла с индием электрического поля электроны под его воздействием будут перемещаться на место этих "дырок", в результате будет появляться электрический ток. Такая проводимость называется дырочной, но несмотря на это основными носителями заряда являются электроны. Примеси, которые способствуют появлению дырочной проводимости, называются акцепторными и обозначаются буквой p (positive).
Пока что на этом всё, ждите следующую часть, пишите вопросы в комментарии, если что-то осталось непонятным.