puslaidininkiai

pùslaidininkiai, medžiagos, kurių elektrinis laidis kambario temperatūroje (10⁸–10³ S/cm) mažesnis negu metalų (10⁴–10⁶ S/cm) ir didesnis negu dielektrikų (10^–12–10^–14 S/cm). Keičiant temperatūrą, slėgį, veikiant šviesa, jonizuojančiąja spinduliuote, esant stipriam elektriniam laukui, t. p. įterpiant į medžiagą priemaišinius atomus puslaidininkių elektrinis laidis gali kisti plačiose ribose. Puslaidininkiai yra periodinės elementų sistemos IV A ir VI A grupių cheminiai elementai silicis, germanis, selenas ir telūras, t. p. deimantas (anglies atmaina), kai kurie dvinariai III A ir V A grupių cheminių elementų junginiai (GaAs, InSb, GaP, InP), II B ir VIiA grupių cheminių elementų junginiai (ZnTe, CdTe, CdS), IV A ir VI A grupių cheminių elementų junginiai (PbTe, PbSe, PbS), sudėtingi cheminiai junginiai, pvz., Cu₂O, Bi₂Te₃, V₂O₃, ZnSnP₂, CdGeAs₂, įvairių minėtų medžiagų mišiniai (kietieji tirpalai). Puslaidininkių savybės būdingos daugeliui elektrai laidžių organinių medžiagų. Grynųjų puslaidininkių, kitaip negu metalų, temperatūrai kylant elektrinė varža mažėja, o atšaldžius iki temperatūros, artimos 0 K, jie tampa izoliatoriais. Puslaidininkių elektrinės savybės aiškinamos taikant energijos juostų modelį (juostų teorija). Aukščiausia juosta, kurioje tankiai išsidėstę elektronų energijų lygmenys yra užpildyti valentiniais elektronais, vadinama valentine, pirmoji neužpildyta – laidumo, o energijos tarpas tarp laidumo ir valentinės juostų – draudžiamąja juosta. Žemoje temperatūroje elektronai visiškai užpildo valentinę juostą, laidumo juosta lieka tuščia, ir puslaidininkių elektrinė varža yra labai didelė. Aukštesnėje temperatūroje (dėl atomų virpesių) arba veikiant šviesai elektronai iš valentinės juostos gali peršokti į laidumo juostą, kurioje sužadintieji elektronai ir valentinėje juostoje likusios elektronų neužpildytos būsenos – skylės yra laisvieji krūvininkai (elektriniame lauke perneša krūvį). Puslaidininkių laidumo ir valentinės juostų užpildymas ir elektrinio laidumo tipas (elektroninis ir skylinis elektrinis laidumas) keičiamas legiruojant donorinėmis arba akceptorinėmis priemaišomis. Įterpiant donorines priemaišas (pvz. fosforo atomus į silicio kristalą) draudžiamojoje energijos juostoje netoli laidumo juostos susidaro užimtoji (donorinė) būsena. Elektronai peršokę iš šios būsenos į laidumo juostą tampa krūvininkais (elektroninis, arba n tipo elektrinis laidumas). Įterpiant akceptorines priemaišas (pvz., boro atomus į silicį) netoli valentinės juostos susidaro laisvoji akceptorinė būsena, į kurią gali peršokti elektronai iš valentinės juostos, taip valentinėje juostoje susidaro laisvos elektroninės būsenos – skylės (skylinis, arba p tipo elektrinis laidumas). Praktikoje dažniausiai naudojami puslaidininkiai yra kietosios būsenos (monokristalinės, polikristalinės arba amorfinės medžiagos). Įterpiant į puslaidininkius skirtingų legiravimo priemaišų sudaromos įvairios puslaidininkinės sandūros. Jei viena puslaidininkių dalis padaroma elektroninio, o kita skylinio laidumo, tarp jų susidaro potencialo barjeras – pn sandūra, pasižyminti netiesinėmis elektrinėmis, elektros srovės lyginimo ir kitomis savybėmis. Daugelio puslaidininkių krūvininkų tankio bei judrio priklausomybe nuo įvairių išorinių veiksnių naudojamasi kuriant magnetinio lauko, temperatūros, slėgio, regimosios, infraraudonosios ir mikrobangų spinduliuotės jutiklius ir kitus įtaisus. Iš skirtingų puslaidininkių sudarytų daugiasluoksnių darinių elektrinėmis savybėmis naudojamasi gaminant puslaidininkinius diodus, fotodiodus, šviesos diodus, fotovoltinius saulės elementus, puslaidininkinius lazerius, tranzistorius, integrinius grandynus ir daugelį kitų puslaidininkinių įtaisų. Puslaidininkių kristalinę sandarą, jų elektrinį laidį, krūvio pernašą, optines ir kitas savybes nagrinėja puslaidininkių fizika. Dažniausiai naudojamų puslaidininkių svarbiausios savybės pateiktos lentelėje.

909