«توصیف آشکار سازهای نیمه هادی سه بعدی نوترونهای حرارتی»

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 9

«توصیف آشکار سازهای نیمه هادی سه بعدی نوترونهای حرارتی»

آشکار سازی های نیمه هادی نوترون برای رادیوبیولوژی نوترون و شمارش آن دارای اهمیت بسیار زیادی هستند. آشکار سازی های ساده سیلیکونی نوترون ترکیبی از یک دیود صفحه ای با لایه ای از یک مبدل مناسب نوترون مثل 6LiFمی باشند. چنین وسایلی دارای بهره آشکار سازی محدودی می باشندکه معمولاً بیشتر از 5% نیست. بهره آشکار سازی را می توان با ساخت یک ساختار میکرونی3D به صورت فرو رفتگی، حفره یا سوراخ و پر کردن آن با ماده مبدل نوترون افزایش داد. اولین نتایج ساخت چنین وسیله ای در این مقاله ارائه شده است.

آشکار سازهای سیلیکونیN با حفره های هرمی شکل در سطح پوشیده شده با 6LiF ساخته شده و سپس تحت تابش نوترونهای حرارتی قرار گرفتند. طیف ارتفاع پالس انرژی تابش شده به حجم حساس با شبیه سازی مورد مقایسه قرار گرفت. بهره آشکار سازی این وسیله در حدود 6.3% بود. نمونه هایی با سایز ستونهای مختلف ساخته شد تا خواص الکتریکی ساختارهای سه بعدی مورد مطالعه قرار گیرد.ضرایب جمع آوری بار در ستونهای سیلیکون از 10تا800 nm عرض و 80تا nm 200ارتفاع با ذرات آلفا اندازه گیری شد. بهره آشکار سازی یک ساختار 3D کامل نیز شبیه سازی شد. نتایج نشان از تقویت بهره آشکار سازی با فاکتور 6در مقایسه با آشکار سازهای صفحه ای استاندارد نوترون دارد.

1. مقدمه و اهداف: آشکار سازهای نوترونی نمی توانند مستقیماً برای آشکار سازی نوترونهای حرارتی به کار روند و باید از ماده ای استفاده کرد که نوترونها را به صورت تشعشع قابل آشکار سازی در آورد. مواد مختلفی برای این منظور وجود دارند که در بین آنها6Li از همه مناسب تر به نظر می رسد. واکنش گیر افتادن نوترون در6Li دارای سطح مقطع942 b در انرژی نوترونی0.0253eV است.

6Li+n→∝(2.05MeV) +3H(2.73MeV

مواد مبدل با پایه6Li دارای سطح مقطع گیر انداختن نورونهای بالایی بوده و انرژی محصولات تولید شده آن نیز برای آشکار شدن به قدر کافی بالا می باشد. هدف نهایی آشکار سازR&D که در اینجا شرح داده می شوند ایجاد یک سنسور تصویر برداری نوترون با حساسیت بالا و قدرت تفکیک فضایی مناسب است. ما قبلاً با موفقیت چیپMedipix-2 با چیپ سنسور صفحه ای پوشیده با مبدل نوترون6Li را آزمایش کرده ایم. قدرت تفکیک فضایی چنین وسیله ای در حدود 65nm(نشانه ای از FWHMتابع پخش خطی) به خوبی با ابزارهای تصویر برداری نوترون قابل رقابت است. نسبت سیگنال به نویز(SNR) آشکارسازی سیلیکون نیز بالاتر از آشکار سازهای نوترونی فعلی است. با این وجود بهره آشکار سازی چنین آشکارسازهای نیمه هادی صفحه ای(نسبت تعداد آشکار شده به تعداد نوترون برخوردی) در حدود5% محدود می باشد. بهره آشکارسازی را می توان با ایجاد حفره یا سوراخ هایی (ساختار 3D ) در بدنه آشکار ساز سیلیکون افزایش داد.

2. آشکار سازی آشکارسازهای نوترونی صفحه ای:

برای پیش بینی بهره آشکارسازی ساختار صفحه ای از یک بسته نرم افزار شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. این بسته ترکیبی بود ازMCNP-4C (شبیه سازی انتقال نوترونی) با SRIM/TRIM (قدرت توقف) و کد مونت کارلو C++ متعلق به خودمان(شبیه سازی انتقال انرژی، طیف ارتفاع پالس، بهره آشکار سازی و....)

شکل 1بهره آشکار سازی را در مقابل ضخامت ماده مبدل6LIF (6LI غنی شده تا 89%)، اول برای تشعشع قدامی که منحنی مقدار بیشینه 4.48% را در ضخامت 7mg/cm2 نشان می دهد. بهره آشکار سازی در ضخامتهای بیشتر از این حد کاهش می یابد چون ذرات آلفا و تریتیوم تولید شده در سطوح دورتر LiFاز مرز Si-LiF قادر به رسیدن به حجم حساس نیستند. به علاوه تعداد بیشتر نوترونها در نزدیکی سطح خارجی مبدل جذب می شوند(شکل 2a را ببینید). منحنی دوم در شکل1 مخصوص آشکار سازی است که از پشت تحت تابش قرار گرفته است.

در ضخامتهای بالا تراز7mg/cm2، بهره آشکار سازی در حدود 4.90%ثابت باقی می ماند. نوترونها به صورت قابل ترجیحی در نزدیکی مرز مبدل نیمه هادی جذب می شوند )شکل(b.2 و بهره آشکارسازی اشباع شده و مستقل از ضخامت آشکار ساز می باشد.

طیف انرژی تابشی در آشکار ساز صفحه ای ساده اندازه گیری شد(شکل 3). نمونه مورد استفاده یک آشکارساز سیلیکونی 5×5mm2و 300µm ضخامت بود. مقاومت حجم n-type در حدود 5kΩcm بود. بخشی از نمونه با لایه ای از6LiF با 89% لیتیوم پوشانده شده بود(به این دلیل فقط بخشی از آن پوشانده شده بود تا بخشی به صورت فضای باز برای کالیبراسیون انرژی با ذرات آلفای منبع کالیبراسیون در اختیار داشته باشیم). طیف حاصل را با نتایج شبیه سازی مونت کارلو مقایسه کردیم. شبیه سازی به خوبی با نتایج اندازه گیری شده مطابقت داشت. نمونه از پشت با دسته پرتو نوترون حرارتی مورد تابش قرار گرفت. اندازه گیریها در کانال افقی (هدایت نوترون) راکتور تحقیقاتی هسته ای LVR-15 در موسسه فیزیک هسته ای دانشگاه چک در Rez در نزدیکی پراگ انجام پذیرفتند. فلوی نوترون در حدود106cm-2s-1در قدرت راکتور8MW بودند.

آلفا و تریتون تولید شده از واکنش گیر انداختن نوترون حرارتی اغلب در جهتهای متضاد به حرکت در می آیند (شکل4) آشکارساز صفحه ای ساده یکی از دو ذره الفا یا تریتون را آشکار می کند نه هر دو را. بنابر این طیف انرژی تابشی هرگز دارای انرژی بالاتر مربوط به تریتون نخواهد بود.

«توصیف آشکار سازهای نیمه هادی سه بعدی نوترونهای حرارتی»

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 8

«توصیف آشکار سازهای نیمه هادی سه بعدی نوترونهای حرارتی»

آشکار سازی های نیمه هادی نوترون برای رادیوبیولوژی نوترون و شمارش آن دارای اهمیت بسیار زیادی هستند. آشکار سازی های ساده سیلیکونی نوترون ترکیبی از یک دیود صفحه ای با لایه ای از یک مبدل مناسب نوترون مثل 6LiFمی باشند. چنین وسایلی دارای بهره آشکار سازی محدودی می باشندکه معمولاً بیشتر از 5% نیست. بهره آشکار سازی را می توان با ساخت یک ساختار میکرونی3D به صورت فرو رفتگی، حفره یا سوراخ و پر کردن آن با ماده مبدل نوترون افزایش داد. اولین نتایج ساخت چنین وسیله ای در این مقاله ارائه شده است.

آشکار سازهای سیلیکونیN با حفره های هرمی شکل در سطح پوشیده شده با 6LiF ساخته شده و سپس تحت تابش نوترونهای حرارتی قرار گرفتند. طیف ارتفاع پالس انرژی تابش شده به حجم حساس با شبیه سازی مورد مقایسه قرار گرفت. بهره آشکار سازی این وسیله در حدود 6.3% بود. نمونه هایی با سایز ستونهای مختلف ساخته شد تا خواص الکتریکی ساختارهای سه بعدی مورد مطالعه قرار گیرد.ضرایب جمع آوری بار در ستونهای سیلیکون از 10تا800 nm عرض و 80تا nm 200ارتفاع با ذرات آلفا اندازه گیری شد. بهره آشکار سازی یک ساختار 3D کامل نیز شبیه سازی شد. نتایج نشان از تقویت بهره آشکار سازی با فاکتور 6در مقایسه با آشکار سازهای صفحه ای استاندارد نوترون دارد.

1. مقدمه و اهداف: آشکار سازهای نوترونی نمی توانند مستقیماً برای آشکار سازی نوترونهای حرارتی به کار روند و باید از ماده ای استفاده کرد که نوترونها را به صورت تشعشع قابل آشکار سازی در آورد. مواد مختلفی برای این منظور وجود دارند که در بین آنها6Li از همه مناسب تر به نظر می رسد. واکنش گیر افتادن نوترون در6Li دارای سطح مقطع942 b در انرژی نوترونی0.0253eV است.

6Li+n→∝(2.05MeV) +3H(2.73MeV

مواد مبدل با پایه6Li دارای سطح مقطع گیر انداختن نورونهای بالایی بوده و انرژی محصولات تولید شده آن نیز برای آشکار شدن به قدر کافی بالا می باشد. هدف نهایی آشکار سازR&D که در اینجا شرح داده می شوند ایجاد یک سنسور تصویر برداری نوترون با حساسیت بالا و قدرت تفکیک فضایی مناسب است. ما قبلاً با موفقیت چیپMedipix-2 با چیپ سنسور صفحه ای پوشیده با مبدل نوترون6Li را آزمایش کرده ایم. قدرت تفکیک فضایی چنین وسیله ای در حدود 65nm(نشانه ای از FWHMتابع پخش خطی) به خوبی با ابزارهای تصویر برداری نوترون قابل رقابت است. نسبت سیگنال به نویز(SNR) آشکارسازی سیلیکون نیز بالاتر از آشکار سازهای نوترونی فعلی است. با این وجود بهره آشکار سازی چنین آشکارسازهای نیمه هادی صفحه ای(نسبت تعداد آشکار شده به تعداد نوترون برخوردی) در حدود5% محدود می باشد. بهره آشکارسازی را می توان با ایجاد حفره یا سوراخ هایی (ساختار 3D ) در بدنه آشکار ساز سیلیکون افزایش داد.

2. آشکار سازی آشکارسازهای نوترونی صفحه ای:

برای پیش بینی بهره آشکارسازی ساختار صفحه ای از یک بسته نرم افزار شبیه سازی مونت کارلو استفاده شد. این بسته ترکیبی بود ازMCNP-4C (شبیه سازی انتقال نوترونی) با SRIM/TRIM (قدرت توقف) و کد مونت کارلو C++ متعلق به خودمان(شبیه سازی انتقال انرژی، طیف ارتفاع پالس، بهره آشکار سازی و....)

شکل 1بهره آشکار سازی را در مقابل ضخامت ماده مبدل6LIF (6LI غنی شده تا 89%)، اول برای تشعشع قدامی که منحنی مقدار بیشینه 4.48% را در ضخامت 7mg/cm2 نشان می دهد. بهره آشکار سازی در ضخامتهای بیشتر از این حد کاهش می یابد چون ذرات آلفا و تریتیوم تولید شده در سطوح دورتر LiFاز مرز Si-LiF قادر به رسیدن به حجم حساس نیستند. به علاوه تعداد بیشتر نوترونها در نزدیکی سطح خارجی مبدل جذب می شوند(شکل 2a را ببینید). منحنی دوم در شکل1 مخصوص آشکار سازی است که از پشت تحت تابش قرار گرفته است.

در ضخامتهای بالا تراز7mg/cm2، بهره آشکار سازی در حدود 4.90%ثابت باقی می ماند. نوترونها به صورت قابل ترجیحی در نزدیکی مرز مبدل نیمه هادی جذب می شوند )شکل(b.2 و بهره آشکارسازی اشباع شده و مستقل از ضخامت آشکار ساز می باشد.

طیف انرژی تابشی در آشکار ساز صفحه ای ساده اندازه گیری شد(شکل 3). نمونه مورد استفاده یک آشکارساز سیلیکونی 5×5mm2و 300µm ضخامت بود. مقاومت حجم n-type در حدود 5kΩcm بود. بخشی از نمونه با لایه ای از6LiF با 89% لیتیوم پوشانده شده بود(به این دلیل فقط بخشی از آن پوشانده شده بود تا بخشی به صورت فضای باز برای کالیبراسیون انرژی با ذرات آلفای منبع کالیبراسیون در اختیار داشته باشیم). طیف حاصل را با نتایج شبیه سازی مونت کارلو مقایسه کردیم. شبیه سازی به خوبی با نتایج اندازه گیری شده مطابقت داشت. نمونه از پشت با دسته پرتو نوترون حرارتی مورد تابش قرار گرفت. اندازه گیریها در کانال افقی (هدایت نوترون) راکتور تحقیقاتی هسته ای LVR-15 در موسسه فیزیک هسته ای دانشگاه چک در Rez در نزدیکی پراگ انجام پذیرفتند. فلوی نوترون در حدود106cm-2s-1در قدرت راکتور8MW بودند.

آلفا و تریتون تولید شده از واکنش گیر انداختن نوترون حرارتی اغلب در جهتهای متضاد به حرکت در می آیند (شکل4) آشکارساز صفحه ای ساده یکی از دو ذره الفا یا تریتون را آشکار می کند نه هر دو را. بنابر این طیف انرژی تابشی هرگز دارای انرژی بالاتر مربوط به تریتون نخواهد بود.

3. بهره آشکارسازی آشکارسازهای دارای حفره هرمی:

نمونه آزمایشی دوم دارای آرایه ای از حفره های هرمی معکوس ایجاد شده بوسیله قلم زنی سیلیکون با KoH بودپایه هرم به ابعاد 60×60 µm2 و به عمق 28mm فاصله بین هرم ها نیز23µm بود. اندازه چیپ مجدداً 5×5mm2 با ضخامت300µm و مقاومت در حدود5kΩcm بود. حفره ها دارای دو سطح بین مبدل نوترون وآشکارساز بودند. برعکس طیف آشکار سازها صفحه ای ( شکل5) در اینجا طیف دارای وقایع با انرژی بیش از2.73MeV است چون اگر واکنش در ناحیه نزدیک به نوک هرم رخ دهد، هر دو ذره (آلفا تریتون) آشکار خواهند شد.

تحقیق درباره، آشنایی با ساختمان و عملکرد نیمه هادی دیود و ترانزیستور

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 34

آشنایی با ساختمان و عملکرد

نیمه هادی دیود و ترانزیستور

نیمه هادی ها و ساختمان داخلی آنها

نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت ، ما بین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادیها ، دارای 4 الکترون می‌باشد.

ژرمانیم و سیلیکون دو عنصری هستند که خاصیت نیمه هادی ها را دارا می‌باشند و به دلیل داشتن شرایط فیزیکی خوب ، برای ساخت نیمه هادی دیود ترانزیستور ، آی سی (IC ) و .... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ژرمانیم دارای عدد اتمی‌32 می‌باشد .

این نیمه هادی ، در سال 1886 توسط ونیکلر کشف شد.

این نیمه هادی ، در سال 1810توسط گیلوساک و تنارد کشف شد. اتمهای نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم به صورت یک بلور سه بعدی است که با قرار گرفتن بلورها در کنار یکدیگر ، شبکه کریستالی آنها پدید می‌آید .

اتم های ژرمانیم و سیلیسیم به دلیل نداشتن چهار الکترون در مدار خارجی خود تمایل به دریافت الکترون دارد تا مدار خود را کامل نماید. لذا بین اتم های نیمه هادی فوق ، پیوند اشتراکی برقرار می‌شود.

بر اثر انرژی گرمائی محیط اطراف نیمه هادی ، پیوند اشتراکی شکسته شده و الکترون آزاد می‌گردد. الکترون فوق و دیگر الکترون هائی که بر اثر انرژی گرمایی بوجود می‌آید در نیمه هادی وجود دارد و این الکترون ها به هیچ اتمی‌وابسته نیست.

د ر مقابل حرکت الکترون ها ، حرکت دیگری به نام جریان در حفره ها که دارای بار مثبت می‌باشند، وجود دارد. این حفره ها، بر اثر از دست دادن الکترون در پیوند بوجود می‌آید.

بر اثر شکسته شدن پیوندها و بو جود آمدن الکترون های آزاد و حفره ها ، در نیمه هادی دو جریان بوجود می‌آید.جریان اول حرکت الکترون که بر اثر جذب الکترون ها به سمت حفره ها به سمت الکترون ها بوجود خواهد آمد و جریان دوم حرکت حفره هاست که بر اثر جذب حفره ها به سمت الکترون ها بوجود می‌آید. در یک کریستال نیمه هادی، تعداد الکترونها و حفره ها با هم برابرند ولی حرکت الکترون ها و حفره ها عکس یکدیگر می‌باشند.

نیمه هادی نوع N وP

از آنجایی که تعداد الکترونها و حفره های موجود در کریستال ژرمانیم و سیلیسیم در دمای محیط کم است و جریان انتقالی کم می‌باشد، لذا به عناصر فوق ناخالصی اضافه می‌کنند.

هرگاه به عناصر نیمه هادی ، یک عنصر 5 ظرفیتی مانند آرسنیک یا آنتیوان تزریق شود، چهار الکترون مدار آخر آرسنیک با چهار اتم مجاور سیلسیم یا ژرمانیم تشکیل پیوند اشتراکی داده و الکترون پنجم آن ، به صورت آزاد باقی می‌ماند.

بنابرین هر اتم آرسنیک، یک الکترون اضافی تولید می‌کند، بدون اینکه حفره ای ایجاد شده باشد. نیمه هادی هایی که ناخالصی آن از اتم های پنج ظرفیتی باشد، نیمه هادی نوع N نام دارد.

در نیمه هادی نوع N ، چون تعداد الکترون ها خیلی بیشتر از تعداد حفره هاست لذا عمل هدایت جریان را انجام می‌دهند . به حامل هدایت فوق حامل اکثریت و به حفره ها حامل اقلیت می‌گویند.

هرگاه به عناصر نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم ، یک ماده 3 ظرفیتی مانند آلومنیوم یا گالیم تزریق شود، سه الکترون مدار آخر آلومنیوم با سه الکترون سه اتم سیلیسیم یا ژرمانیم مجاور ، تشکیل پیوند اشتراکی می‌دهند . پیوند چهارم دارای کمبود الکترون و در واقع یک حفره تشکیل یافته است .

آشنایی با ساختمان و عملکرد نیمه هادی دیود و ترانزیستور (تحقیق)

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 34

آشنایی با ساختمان و عملکرد

نیمه هادی دیود و ترانزیستور

نیمه هادی ها و ساختمان داخلی آنها

نیمه هادی ها عناصری هستند که از لحاظ هدایت ، ما بین هادی و عایق قرار دارند، و مدار آخر نیمه هادیها ، دارای 4 الکترون می‌باشد.

ژرمانیم و سیلیکون دو عنصری هستند که خاصیت نیمه هادی ها را دارا می‌باشند و به دلیل داشتن شرایط فیزیکی خوب ، برای ساخت نیمه هادی دیود ترانزیستور ، آی سی (IC ) و .... مورد استفاده قرار می‌گیرد.

ژرمانیم دارای عدد اتمی‌32 می‌باشد .

این نیمه هادی ، در سال 1886 توسط ونیکلر کشف شد.

این نیمه هادی ، در سال 1810توسط گیلوساک و تنارد کشف شد. اتمهای نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم به صورت یک بلور سه بعدی است که با قرار گرفتن بلورها در کنار یکدیگر ، شبکه کریستالی آنها پدید می‌آید .

اتم های ژرمانیم و سیلیسیم به دلیل نداشتن چهار الکترون در مدار خارجی خود تمایل به دریافت الکترون دارد تا مدار خود را کامل نماید. لذا بین اتم های نیمه هادی فوق ، پیوند اشتراکی برقرار می‌شود.

بر اثر انرژی گرمائی محیط اطراف نیمه هادی ، پیوند اشتراکی شکسته شده و الکترون آزاد می‌گردد. الکترون فوق و دیگر الکترون هائی که بر اثر انرژی گرمایی بوجود می‌آید در نیمه هادی وجود دارد و این الکترون ها به هیچ اتمی‌وابسته نیست.

د ر مقابل حرکت الکترون ها ، حرکت دیگری به نام جریان در حفره ها که دارای بار مثبت می‌باشند، وجود دارد. این حفره ها، بر اثر از دست دادن الکترون در پیوند بوجود می‌آید.

بر اثر شکسته شدن پیوندها و بو جود آمدن الکترون های آزاد و حفره ها ، در نیمه هادی دو جریان بوجود می‌آید.جریان اول حرکت الکترون که بر اثر جذب الکترون ها به سمت حفره ها به سمت الکترون ها بوجود خواهد آمد و جریان دوم حرکت حفره هاست که بر اثر جذب حفره ها به سمت الکترون ها بوجود می‌آید. در یک کریستال نیمه هادی، تعداد الکترونها و حفره ها با هم برابرند ولی حرکت الکترون ها و حفره ها عکس یکدیگر می‌باشند.

نیمه هادی نوع N وP

از آنجایی که تعداد الکترونها و حفره های موجود در کریستال ژرمانیم و سیلیسیم در دمای محیط کم است و جریان انتقالی کم می‌باشد، لذا به عناصر فوق ناخالصی اضافه می‌کنند.

هرگاه به عناصر نیمه هادی ، یک عنصر 5 ظرفیتی مانند آرسنیک یا آنتیوان تزریق شود، چهار الکترون مدار آخر آرسنیک با چهار اتم مجاور سیلسیم یا ژرمانیم تشکیل پیوند اشتراکی داده و الکترون پنجم آن ، به صورت آزاد باقی می‌ماند.

بنابرین هر اتم آرسنیک، یک الکترون اضافی تولید می‌کند، بدون اینکه حفره ای ایجاد شده باشد. نیمه هادی هایی که ناخالصی آن از اتم های پنج ظرفیتی باشد، نیمه هادی نوع N نام دارد.

در نیمه هادی نوع N ، چون تعداد الکترون ها خیلی بیشتر از تعداد حفره هاست لذا عمل هدایت جریان را انجام می‌دهند . به حامل هدایت فوق حامل اکثریت و به حفره ها حامل اقلیت می‌گویند.

هرگاه به عناصر نیمه هادی ژرمانیم و سیلیسیم ، یک ماده 3 ظرفیتی مانند آلومنیوم یا گالیم تزریق شود، سه الکترون مدار آخر آلومنیوم با سه الکترون سه اتم سیلیسیم یا ژرمانیم مجاور ، تشکیل پیوند اشتراکی می‌دهند . پیوند چهارم دارای کمبود الکترون و در واقع یک حفره تشکیل یافته است .

تعریف نیمه رسانا 21 ص

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 21

تعریف نیمه رسانا :

نیمه‌رسانا یا نیمه هادی عنصر یا ماده ای که در حالت عادی عایق باشد ولی با افزودن مقداری ناخالصی قابلیت هدایت الکتریکی را پیدا کند نیمه رسانا میگویند(منظور از ناخالصی عنصر یا عناصر دیگری است غیر از عنصر اصلی یا پایه برفرض مثال اگر عنصر پایه سلیسیوم باشد ناخالصی میتواند آلومنیوم یا فسفر باشد). ومقاومت آن بین رساناها و نارساناهاست. از نیمه رساناها برای ساخت قطعاتی نظیر دیود و ترانزیستور و ... استفاده می‌شود. ظهور نیمه رسانا ها در علم الکترونیک انقلاب عظیمی را در این علم ایجاد کرده که اختراع رایانه یکی از دستاوردهای این انقلاب است.

انواع نیمه رساناها:

نیمه رساناها به دو نوع قسمت بندی میشوند.

1.نوع پی P یا Positive یا مثبت یا گیرنده الکترون

2.نوع ان N یا Negative یا منفی یا دارنده الکترون اضافی.

چطور نیمه رساناها کار می کنند؟

نیمه رساناها (Semi-Conductors) در زندگی ما و بهتر بگوییم در قدم گذاردن بشر به عصر دیجیتال و فیزیک و الکترونیک نوین؛ نقش تاریخی ایفا کرده‌اند.

نیمه رساناها را در درون دستگاه‌های گوناگونی یافت می‌کنید. اساس ساخت پردازشگر‌ها و ریز پردازنده‌ها و تمام دستگاه‌هایی که به نحوی اطلاعات و عملیاتی را پردازش می‌کنند، نیمه رساناست. از کامپیوتر شخصی‌ شما گرفته تا پخش کننده mp3 و دستگاه‌های عکس‌برداری پزشکی MRI.

نیمه رسانا در ساده‌ترین شکل خود یک «دیود» (Diode) یا یکسو کننده است و برای درک ساختار نیمه رساناها بهتر است از مطالعه روی دیود شروع کنیم. در ادامه به چگونگی ساخت دیود می‌پردازیم.

سیلیکون یکی از عناصر سازنده زمین و بعد از اکسیژن بیشترین فراوانی را در پوسته زمین دارد به طوری که 25.7٪ از جرم پوسته زمین از سیلیکون تشکیل شده است.

سیلیکون عنصر چهاردهم جدول تناوبی عناصر است و با نماد Si شناخته می‌شود. سیلیکون در حالت آزاد به صورت جامد سخت و شفافی یافت می‌شود.

کربن، ژرمانیم و سیلیکون (ژرمانیم نیز مانند سیلیکون یک نیمه رسانا است) همگی خواص مشابهی در لایه ظرفیت الکترونی خود دارند که آن‌ها را از باقی عناصر متمایز می‌سازد. دارا بودن 4 الکترون در اربیتال آخر آن‌ها و نیمه پر بودن لایه ظرفیت خواصی مانند تشکیل کریستال و خاصیت‌ها ترکیبی منحصر بفردی را برای این عناصر بوجود آورده است.

شبکه یونی در کربن به شکل کریستال شفاف است ولی در سیلیکون به شکل جامد نقره‌ای رنگ است.

فلزات به دلیل دارا بودن الکترون‌های آزاد در لایه ظرفیت خود معمولاً رساناهای خوبی برای جریان برق هستند. با اینکه بلور سیلیکون شبیه فلز است ولی خواص فلزی ندارد.

الکترون‌ها لایه خارجی در سیلیکون در قید جاذبه بین یکدیگر هستند و در ضمن گاف انرژی در بین لایه‌های پر و خالی برای انتقال الکترون کافی نیست.

تمامی این شرایط را می‌توان تغییر داد و می‌توان سیلیکون را تبدیل به ماده دیگری کرد که خواص رسانایی الکتریکی را داشته باشد. این کار طی پروسه‌ای به نام ناخالص سازی انجام می‌شود.

در این روش به شبکه یونی سیلیکون ناخالصی‌هایی اضافه می‌شود.

ناخالصی‌هایی که به ساختار شبکه سیلیکون اضافه می‌شود را می‌توان با دو دسته تقسیم کرد:

• نوع N: با اضافه کردن ناخالصی‌هایی از قبیل فسفر و یا آرسنیک در مقادیر بسیار کم. آرسنیک و فسفر هر دو پنج الکترون در لایه ظرفیت خود دارند به همین دلیل الکترون پنجم لایه‌های ظرفیت‌ آن‌ها می‌تواند به عنوان الکترون آزاد عمل کند و کار انتقال جریان را انجام دهد. این نوع سیلیکون رسانای خوبی است. الکترون بار منفی و یا Negative دارد به همین دلیل به این نوع N می‌گویند.

• نوع P: در اینجا عناصر بور و گالیم به سیلیکون اضافه می‌شوند. این دو عنصر سه الکترون در لایه ظرفیت خود دارند. وقتی به شبکه یونی سیلیکون وارد می شوند حفره‌هایی را ایجاد می‌کنند که باعث می‌شود که الکترون سیلیکون پیوند خود را از دست بدهد. وقتی یکی از الکترون‌ها از شبکه یونی خارج شود، خاصیت مثبت الکتریکی در ماده ایجاد می‌شود. به این ترتیب حفره و یا بهتر بگوییم فضای خالی الکترون می‌تواند میزبان خوبی برای الکترون از اتم کناری باشد و به این ترتیب جریان می‌تواند به راحتی در آن شارش کند. از این رو این نوع را P می‌نامند که این نوع دارای بار مثبت یا Positive است.

مقدار کمی ناخالصی می‌تواند سیلیکون عایق را به رسانای تقریباً خوبی تبدیل کند. از این رو به آن نیمه رسانا می‌گویند.

نوع N و P به تنهایی کار زیادی انجام نمی‌دهند ولی هنگامی که به هم متصل می‌شوند رفتار الکتریسیته‌ای جالبی از خود نشان می‌دهند. با قرار دادن این دو به هم دیود ایجاد می‌شود.

دیود جریان را تنها در یک جهت از خود عبور می‌دهد. به همین دلیل آن را یکسو کننده نیز می‌نامند. قسمت مثبت یعنی P یا حفره به طرف منفی باتری متصل و N یا الکترون به طرف مثبت آن. هیچ جریانی از محل اتصال عبور نمی‌کند زیرا الکترون‌ها در N‌ و P‌ در خلاف یکدیگر حرکت می‌کنند.