Реферат на тему: «Физика полупроводников и электроники»

Полупроводники и электроника — две темы, тесно связанные с областью физики. Их часто обсуждают вместе, поскольку для правильного функционирования они зависят от физических характеристик друг друга. Полупроводниковые материалы, такие как кремний и германий, составляют основу электронных устройств. Именно их способность проводить электричество при определенном уровне напряжения позволяет встроить схему в эти устройства.

В основе физики полупроводников лежит модель полосовой щели. Эта модель утверждает, что в твердом веществе существует энергетический зазор между двумя областями, связанными с орбитами валентной зоны и зоны проводимости. Когда электроны могут преодолеть этот зазор, они становятся свободными для перемещения внутри материала — достигается так называемая «проводимость». В полупроводниках это достигается при определенных условиях, а именно, когда приложенное напряжение превышает определенное пороговое значение, которое дает достаточно энергии для электронов, чтобы совершить этот прыжок через энергетические уровни, чтобы они стали свободно перемещающимися носителями, известными как «дырки» на языке полупроводников.

Для того чтобы электронные схемы могли существовать, мы должны обеспечить достаточную подвижность пар электрон-дырка, чтобы ток мог легко протекать через них, и точно смоделировать их поведение математически при построении наших схем из полупроводниковых компонентов как из дискретных элементов (например, транзистора bjt), так и из интегральных микросхем (микропроцессоров). Для этого мы используем концепции, охватывающие несколько областей физики, включая квантовую механику, термодинамику и электростатические силы, которые дают нам количественные инструменты, такие как уравнения концентрации носителей, определяющие, как эти частицы протекают через материалы при определенных условиях; или уравнения квантового туннелирования, описывающие, как крошечные заряды могут проходить через очень тонкие барьеры из-за волновых свойств, обнаруженных в природе, когда сильно ограниченные энергетические состояния взаимодействуют друг с другом на атомных масштабах — все это дает нам понимание того, как проектирование сложных систем на основе электроники в значительной степени зависит от понимания физических процессов внутри твердотельных материалов на нанометровых масштабах!

Области применения, в которых физика играет важную роль, включают: цифровые интегральные схемы (например, логические затворы), мосфеты (полевые транзисторы на основе оксида металла-полупроводника), широко используемые в микроэлектронике, начиная от устройств хранения памяти и заканчивая автомобильными системами управления; радиочастотные/микроволновые технологии; фотонику — изучение свойств света/фотонных взаимодействий с веществом; технологии наноэлектроники, повышающие эффективность вычислений за счет использования пространственно уменьшенных компонентов и многое другое!

В целом, можно понять, почему физика играет такую важную роль сегодня, помогая нам создавать огромное количество удивительных технологических продуктов, которые мы используем каждый день — охватывая области от телекоммуникационных сетей до медицинского оборудования для визуализации и многое другое!

Другие рефераты по предмету