Polprevodniki

Silicij je najbolj uporabljen polprevodnik

Kaj so polprevodniki ali polprevodniški materiali?

The polprevodniki ali polprevodniški materiali To so elementi, ki selektivno izvajajo funkcijo gonilnikov ali izolatorjev, odvisno od zunanjih pogojev, za katere so podvrženi, kot so temperatura, tlak, sevanje in magnetna ali električna polja.

V periodični tabeli so prisotni polprevodniški elementi, med katerimi izstopajo Silicon, Germanio, Selenium, Kadmij, Aluminij, Gallium, BORO, BORO, INDIJS. Polprevodniki so kristalne trdne snovi s povprečno električno prevodnostjo, zato jih lahko dvojno uporabljamo kot voznik in izolator.

Če se uporabljajo kot vodniki, pod pogoji določeni pogoji omogočajo obtok električnega toka, vendar le v nekem smislu. Poleg tega nimajo tako visoke prevodnosti kot prevodne kovine.

Polprevodniki se uporabljajo v elektronskih aplikacijah, zlasti za proizvodnjo komponent, kot so tranzistorji, diode in integrirana vezja. Uporabljajo se tudi kot dodatki ali dodatki optičnih senzorjev, kot so laserji za trdno stanje, in nekatere napajalne naprave za sisteme prenosa električne energije.

Trenutno se ta vrsta elementov uporablja za tehnološki razvoj na področju telekomunikacij, sistemov za nadzor signalov in obdelave, tako v domačih kot v industrijskih aplikacijah.

Vrste polprevodnikov

Obstajajo različne vrste polprevodniških materialov, odvisno od nečistoč, ki jih predstavljajo, in njihov fizični odziv na različne dražljaje okolja.

Notranji polprevodniki

To so tisti elementi, katerih molekularno strukturo je sestavljena iz ene vrste atoma. Med to vrsto notranjih polprevodnikov sta silicij in germanio.

Molekularna struktura intrinzičnih polprevodnikov je tetraedra; to pomeni, da ima kovalentne vezi med štirimi okoliškimi atomi, kot je predstavljeno na spodnji sliki.

Vsak atom notranjega polprevodnika ima 4 valenčne elektrone; torej 4 elektrone, ki krožijo v najbolj oddaljeni plasti vsakega atoma. Vsak od teh elektronov se povezuje do sosednjih elektronov.

Na ta način ima vsak atom 8 elektronov v svoji najbolj površinski plasti, ki tvori trdno zvezo med elektroni in atomi, ki sestavljajo kristalno omrežje.

Zaradi te konfiguracije se elektroni ne premikajo zlahka znotraj strukture. Tako se v standardnih pogojih intrinzični polprevodniki obnašajo kot izolator.

Vam lahko služi: 7 igrač, ki delujejo s Heat najbolj izstopajočimi

Vendar se prevodnost intrinzičnega polprevodnika dvigne, kadar se temperatura zviša, saj nekateri valenčni elektroni absorbirajo toplotno energijo in se ločijo od vezi.

Ti elektroni postanejo prosti elektroni in, če jih pravilno usmerjata razlika v električnem potencialu, lahko prispevajo k obtoku toka znotraj kristalnega omrežja.

V tem primeru prosti elektroni skočijo na gonilni pas in so usmerjeni na pozitiven pol potencialnega vira (na primer baterija).

Gibanje elektronov Valencia inducira vakuum v molekularni strukturi, kar pomeni učinek, podoben tistemu, ki bi ustvaril pozitivno obremenitev sistema, zato se štejejo za pozitivne nosilce obremenitve.

Potem je tu inverzen učinek, saj lahko nekateri elektroni padejo iz gonilnega pasu v plast Valencije, ki sprošča energijo v procesu, ki se imenuje rekombinacija.

Zunanji polprevodniki

Nastanejo z vključitvijo nečistoč znotraj notranjega vodnika; torej z vključitvijo trivalentnih elementov ali pentavalenta.

Ta postopek je znan kot doping in želi povečati prevodnost materialov, za izboljšanje fizičnih in električnih lastnosti teh.

Z zamenjavo notranjega polprevodniškega atoma z atomom druge komponente lahko dobimo dve vrsti zunanjih polprevodnikov, ki sta podrobno opisani spodaj.

Polprevodniški tip str

V tem primeru je nečistoča trivalenten polprevodniški element; to je s tremi (3) elektroni v svoji valenčni plasti.

Elementi vsiljivcev znotraj strukture se imenujejo dopinški elementi. Primeri teh elementov za polprevodnike tipa P so boron (b), galij (GA) ali indijski (v).

Pomanjkuje elektrona Valencije, ki tvori štiri kovalentne vezi notranjega polprevodnika, polprevodnik P -tipa ima vakuum v manjkajoči povezavi.

Zgornje naredi prehod elektronov, ki ne pripadajo kristalni omrežju s tem pozitivnim tovornim prevoznikom.

Zaradi pozitivne obremenitve povezave vezi se ta vrsta vodnikov pokliče s črko "P" in posledično prepoznana kot sprejemniki elektronov.

Elektronski pretok skozi luknje vezi proizvede električni tok, ki kroži v nasprotni smeri do toka, ki izhaja iz prostih elektronov.

Vam lahko služi: diagram pretoka podatkov

Tip N Semiconductor

Element vsiljivca v konfiguraciji daje pentavalentni elementi; to pomeni, da imajo tisti, ki imajo pet (5) elektronov v pasu Valencia.

V tem primeru so nečistoče, ki so vključene v notranji polprevodnik, elementi, kot so fosfor (P), antimona (SB) ali arzen (AS).

Dopanti imajo dodatni Valencia Electron, ki se, ki nima kovalentne vezi, samodejno premika po kristalnem omrežju.

Tukaj električni tok kroži skozi material zahvaljujoč presežku prostih elektronov, ki jih zagotavlja dopante. Zato se polprevodniki tipa N štejejo za darovalce elektronov.

Značilnosti polprevodnikov

Za polprevodnike so značilni njihovi dvojni funkcionalnost, energetska učinkovitost, raznolikost aplikacij in nizki stroški. Spodaj so podrobno opisane najbolj izjemne značilnosti polprevodnikov:

• Vaš odziv (voznik ali izolacijo) se lahko razlikuje glede na občutljivost elementa na razsvetljavo, električna polja in magnetna polja okolja.
• Če je polprevodnik podvržen nizki temperaturi, bodo elektroni ostali združeni v pasu Valencia in zato prosti elektroni ne bodo nastali za obtok električnega toka. Po drugi strani, če je polprevodnik izpostavljen visokim temperaturam, lahko toplotna vibracija vpliva na trdnost kovalentnih vezi atoma elementa, ki so prosti elektroni za električno prevodnost.
• Prevodnost polprevodnikov se razlikuje glede na delež nečistoč ali dopinških elementov znotraj notranjega polprevodnika. Na primer, če je 10 atomov bora vključenih v milijon silicijevih atomov, ta delež poveča prevodnost spojine tisočkrat v primerjavi s prevodnostjo silicija v čistem stanju.
• Prevodnost polprevodnikov se razlikuje v intervalu med 1 in 10^-6 S.cm^-1, Odvisno od vrste uporabljenega kemičnega elementa.
• Kompozitni ali zunanji polprevodniki lahko predstavljajo optične in električne lastnosti, ki so znatno višje od lastnosti lastnih polprevodnikov. Primer tega vidika je Gallium arseniuro (GAAS), pretežno uporabljen v radijski frekvenci in drugih uporabi optolektronskih aplikacij.

Uporaba polprevodnikov

Gospodinjski aparati

Polprevodniki so prisotni v elektronskih napravah, ki jih uporabljamo v svojem vsakdanjem življenju, kot rjava linijska oprema, kot so televizorji, predvajalniki, zvočna oprema; računalniki in mobilni telefoni.

Vam lahko služi: dinamično programiranje: značilnosti, primer, prednosti, slabosti

Elektronika

Polprevodniki se široko uporabljajo kot surovina pri sestavljanju elektronskih elementov, ki so del našega vsakdanjega življenja, kot so integrirana vezja.

Eden glavnih elementov integriranega vezja so tranzistorji. Te naprave izpolnjujejo funkcijo zagotavljanja izhodnega signala (nihajni, ojačani ali popravljeni) v skladu z določenim vhodnim signalom.

Elektronske vezje

Poleg tega so polprevodniki tudi primarni material diod, ki se uporabljajo v elektronskih vezjih, ki omogočajo prehod električnega toka v enem smislu.

Za oblikovanje diod se tvorijo gumi zunanjih polprevodnikov tipa P in tipa N. Pri izmeničnih nosilcih in darovalcih elektronov se aktivira mehanizem ravnotežja med obema območjem.

Tako so elektroni in luknje obeh območij integrirane in dopolnjene, kadar je to potrebno. To se zgodi na dva načina:

• Pojavi se prenos elektronov območja N tipa Z. N območje N dobi pretežno pozitivno območje obremenitve.
• Predstavljen je korak nosilcev elektronov od območja P do območja tipa N. Območje P pridobi pretežno negativno obremenitev.

Končno je ustanovljeno električno polje, ki v enem smislu povzroči kroženje toka; to pomeni, od cone N do cone P.

Druge naprave

Poleg tega pri uporabi kombinacij notranjih in zunanjih polprevodnikov.

Ta vrsta aplikacij velja v integriranih vezjih, kot so mikroprocesni čipi, ki pokrivajo veliko količino električne energije.

Primeri polprevodnikov

Silicij

Najbolj uporabljen polprevodnik v elektronski industriji je silicij (SI). Ta material je prisoten v napravah, ki sestavljajo integrirana vezja, ki so del našega dne v dan.

Germanio in silicijeve zlitine

Zlitine Germanio in Silicio (Sige) se uporabljajo v integriranih vezjih za radarje in električne instrumente, kot so električne kitare.

Gallium arseniuro

Drug primer polprevodnika je Gallium arseniuro (GAAS), ki se pogosto uporablja v signalnih ojačevalcih, zlasti z visokim dobičkom in nizkim hrupom.