СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ УСТРОЙСТВ

АННОТАЦИЯ

В данной статье представлена информация о токе в полупроводниках, а также о научных достижениях и исследованиях. Приведены структура оптоэлектронных устройств из полупроводниковых элементов и их композиционные свойства. Отражены возможности получения, строение, физические и химические свойства солнечных элементов. Сегодня для получения полезной энергии широко используются полупроводниковые приборы, состоящие из полупроводниковых элементов при разной силе света. Представлены технические параметры устройств, позволяющие преобразовывать их в полезную энергию и направления их усовершенствования, решения задач конструкторской разработки.

ABSTRACT

This article provides information about the current in semiconductors, as well as scientific achievements and research. The structure of optoelectronic devices made of semiconductor elements and their compositional properties are presented. The possibilities of obtaining, structure, physical and chemical properties of solar cells are reflected. Today, to obtain useful energy, semiconductor devices are widely used, consisting of semiconductor elements at different light intensities. The technical parameters of devices are presented, which allow converting them into useful energy and directions for their improvement, solving design development problems.

Ключевые слова: полупроводники, электричество, лаборатория «Полупроводниковые солнечные элементы», фотоэлектрическая энергия.

Keywords: semiconductors, electricity, laboratory "Semiconductor solar cells", photovoltaic energy.

Полупроводники — это вещества, занимающие промежуточное положение между веществами, хорошо проводящими электричество (проводники, в основном металлы), и веществами, практически не проводящими электричество (диэлектрики). Большинство элементов в периодической таблице Менделеева расположены во II, III, IV, V и VI группах. Ряд их соединений относится к группе полупроводников. В полупроводниках, как и в металлах, электропроводность обусловлена движением электронов. Однако условия движения электронов в металлах и полупроводниках различны. Полупроводники обладают следующими основными характеристиками: электропроводность полупроводников увеличивается с повышением температуры (например, при повышении температуры на 1 К удельная проводимость полупроводников возрастает в 16-17 раз); кроме свободных электронов, в электропроводности полупроводников участвуют и атомно-связанные электроны (в ряде случаев связанные электроны играют ключевую роль); добавляя небольшое количество соединения к чистым полупроводникам, можно резко изменить его проводимость (например, проводимость полупроводников увеличивается в 10000 раз при добавлении 0,01% соединения). В низких тралах удельное сопротивление полупроводников очень велико и на практике они являются изоляторами, но с повышением температуры концентрация носителей заряда в них резко возрастает. Например, в чистом кремнии концентрация свободных электронов при 20°C составляет ~ 10¹⁷ м^-3. При 700°С она увеличивается с 10 до 24 м^-3 , т. е. более чем в миллион раз. Такая резкая зависимость концентрации свободных электронов от траектории в полупроводниках свидетельствует о том, что проводящие электроны образуются под действием теплового движения. В полупроводниковом кристалле атомы сшиты с помощью валентных электронов. При тепловых колебаниях атомов тепловая энергия неравномерно распределяется между валентными электронами. Некоторые электроны могут разорвать связь со своим атомом и иметь достаточно тепловой энергии, чтобы позволить им свободно перемещаться в кристалле и стать свободными электронами [1].

При отсутствии внешнего электрического поля эти свободные электроны движутся хаотично. Под действием электрического поля он движется в направлении, противоположном полю и генерирует ток в полупроводниках. Проводимость, создаваемая свободными электронами, называется электронной или p-проводимостью [2].

Полупроводники-прекрасный тип вещества, выделяющийся на фоне остальных своими уникальными свойствами. В целом, в зависимости от электропроводности, вещества делятся на три основных класса: проводники (электропроводность более 10⁶ Ом/см), полупроводники (электропроводность 10^-8÷10^-6 Ом/см) и диэлектрики (электропроводность менее 10^-8 Ом/см). Из приведенных данных видно, что электропроводность полупроводников лежит в очень широких пределах [3].

Однако одной из важных характеристик полупроводников является то, что их электропроводность чрезвычайно чувствительна к типу и концентрации входов в них. Например, добавляя 10^-7 ÷ 10^-10 чистому полупроводнику, его электрическая проводимость может резко измениться. Однако еще одной важной особенностью полупроводников является то, что они очень чувствительны к температуре для электропроводности [4]. Такая связь может быть выражена следующим образом:

                                                                       (1)

здесь , σ - электропроводность при данной температуре,

V - постоянное число

W_a – энергия активации носителей заряда,

K - постоянная Больсмана,

Т - абсолютная температура.

Например, при изменении температуры полупроводника на 10С его электропроводность может измениться на 5-6%. Воздействие света, ионизирующих излучений и т. д. на многие полупроводники и устройства на их основе также приводит к скачкообразным изменениям электропроводности. Примеры включают различные полупроводниковые детекторы, светоизлучающие диоды, светорезисторы и ряд других устройств [5]. Следует отметить, что полупроводниковые свойства присущи не только твердым телам, но и полупроводникам со стеклообразной аморфной структурой, состоящей из органических соединений в жидком состоянии. Они пока не нашли широкого применения в технике из-за ряда известных собственных недостатков. Среди веществ, обладающих полупроводниковыми свойствами от твердых тел, много различных веществ, таких как кремний, германий, бор, алмаз, фосфор, сера, селен, теллур, многие природные минералы и ряд соединений: GaAs, GaP, JnSb, SiC, ZnS, CdTe, GaSb и так далее. Эти полупроводники довольно сильно отличаются друг от друга своими разнообразными свойствами. Поэтому разные полупроводники используются для разных целей [6]. Однако в современной технике широко используются несколько типов полупроводников. Среди них кремний (Si), германий (Ge), мышьяк галлия (GaAs). В частности, кремний является основным материалом в современной микроэлектронике благодаря своим многочисленным свойствам, отвечающим сложным технологическим требованиям.

Полупроводниковые материалы, в отличие от металлов, имеют два типа носителей тока, а именно электроны и полости. Это означает, что на основе одного полупроводникового материала можно получить материал n-типа с электронной проводимостью или материал p-типа с полой проводимостью. Эта особенность легла в основу «электроники твердого тела», что привело к открытию диодов (p-n) и транзисторов, возникновению и развитию современной микро- и наноэлектроники [7]. Это уникальное свойство полупроводниковых материалов положило начало периоду технической революции в области технологий в жизни человека.

Концепция, которой вообще не существовало в металлах , позволила создать совершенно новый тип электронных устройств на основе полупроводников, времени жизни и путей управления носителями тока (электронов и резонаторов). Это лазеры, фотоэлементы и прочее. Полупроводниковые материалы более чувствительны к внешним воздействиям (магнитному полю, излучению, давлению, свету и т. д. ) , чем к электрическим, оптическим, магнитным свойствам. Эта уникальная особенность привела к созданию принципиально новых фотоэлементов, фотоприемников [8]. Это обусловило чрезвычайно высокий уровень развития современных вычислений, робототехники и диагностики. Еще одной отличительной особенностью полупроводниковых материалов от металлов является то, что подвижность носителей тока сильно зависит не только от очень высоких значений, но и от температуры и дефектов. По строению элемента и кристаллической решетке полупроводники делятся на шесть групп:

В общем, все элементарные полупроводники, а также большинство составных полупроводников (A^IIIB^V и A^IIB^VI), а также некоторые сложные полупроводниковые материалы связаны в тетраэдрическую фазу, относящуюся к кристаллической решетке алмазной или цинковой обманки, т. е. каждый атом окружен четырьмя атомами на одинаковом расстоянии. Спины, которые связывают соседние атомы близко друг к другу, объясняются электронной парой, направленной в противоположные стороны. Поэтому в элементарных полупроводниках можно считать, что химическая связь образует 100% ковалентную связь. В сложных полупроводниках A^IIIB^V связь в виде иона – ковалентная. Сложные полупроводники A^IIB^VI Некоторые связи являются ионными [9].

Элементарные полупроводники; Si, Ge и Sn.

Сложные полупроводники A^IIIB^V ; AlAs, AlP, GaAs, GaP, InAs и InP .

составные полупроводники A^IIB^VI; CdS, CdSe, CdTe и ZnS.

Сложные полупроводники A^IVB^IV; SiC. SiGe .

составные полупроводники A^VIB^VI ; PbS , PbSe и PbTe .

Сложные полупроводниковые материалы; ZnxGa_1-x As, Zn_xHg_{1 - x}Te .

Фотоэлектрические устройства собираются в лаборатории вместе с электронной системой контроля и управления блоками (аккумуляторная система, инверторы и контроллеры). Для внедрения в массовое производство и использования в научных экспериментах в лаборатории полупроводниковых солнечных элементов разработаны и испытаны следующие оборудование и устройства: 1-100 АМ1, 5 и Si солнечного излучения с КПД 18% 2-50 Вт. солнечная батарея для зарядки мощных мобильных телефонов, ноутбуков и средств связи .

Освещение улиц и площадей и сооружений городов и поселков на основе фотоэлектрических систем. Фотоэлектрическая система для забора воды из скважин глубиной до 100 метров. Система фотоэлектрического преобразователя мощностью 50-150 Вт, позволяющая получать 20 литров горячей воды и электроэнергии в час с температурой до 60°С. Фотоэлектрическая система электроснабжения теплиц. Автономная много функциональная мобильная фотоэлектрическая система, генерирующая аварийные ситуации в аварийных ситуациях. В настоящее время лаборатория проводит исследования по разработке фотоэлектрических элементов, аккумуляторов и устройств для эффективной работы в условиях жаркого климата республик Средней Азии .

Полупроводниковые приборы, основанные на принципах фотоэлектрического и электрооптического преобразования сигналов, широко используются в современной электронной технике. Первый из этих принципов заключается в том, что он вызывает изменение электрофизических свойств веществ в результате поглощения световой энергии (квантов света). Это изменяет проводимость вещества или создает электродвижущую силу (ЭДС), которая вызывает изменение тока в цепи, к которой подключен фоточувствительный элемент. Второй принцип связан с генерацией излучения в веществе, определяемым приложенным к нему напряжением и током, протекающим через светоизлучающий элемент. Эти принципы составляют научную основу оптоэлектроники - нового научно-технического направления, использующего как электрические, так и оптические средства и методы для передачи, обработки и хранения данных.

Список литературы:

1. Бахадирханов М.К., Усмонов Ж.И. Аномальные фотоэлектрические явления в кремнии с многозарядными нанокластерами // Оптическим и фотоэлектрическим явлениям в полупроводниковых микро и наноструктурах // международный конференция // Узбекистан 2020 г 18-24 ст
2. М.Ш. Абдуллаев, М.М. Хакимов. Перспективы использования солнечной энергии для автоматизации вертикальных скважин в условиях Узбекистана. Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем: сборник научных трудов 3-й Всероссийской научно-технической конференции; Курск 2021. 15-19 ст.
3. Усманов Ж.И. Изучение влияния многократно заряженных центров на время жизни носителей заряда в кремнии с многозарядными центрами. Путь наука The Way of Science 2020 № 2 (72).
4. Усманов Ж.И. Исследование влияния положения уровня ферми на фотопроводимость монокристаллического кремния Si<B, MN> с // Экономика и социум // 494-498 ст.
5. Усманов Ж.И. Исследование вопросов преобразования солнечного света // Управление качеством на этапах жизненного цикла технических и технологических систем // Узбекистан 2020 248-251 ст.
6. Усманов Ж.И. Многофункциональный датчик физических величин на основе кремния с наноструктурами атомов марганца // Путь наука The Way of Science 2021 № 2 (84) Россия Vol. II.
7. Усманов Ж.И. Разработка приборов на основе кремния с нанокластерами марганца со свойствами лавиннопролётных диодов // международный научной конференция // Узбекистан // 2019 165-169 ст.
8. Усманов Ж.И. Разработка фотоэлементов для генерации субзонных фотоносителей. 25th International Scientific and Practical Conference «INNOVATION-2021» // Ташкент 2021 // 160-162 ст
9. Усманов Ж.И. Спектральная зависимость фотопроводимости монокристаллического кремния от положения уровня ферми // Путь наука The Way of Science 2020 № 3 (73) Россия Vol. II