Puolijohteet

Pii on eniten käytetty puolijohde

Mitkä ovat puolijohteet tai puolijohdemateriaalit?

Se puolijohteet tai puolijohdemateriaalit Nämä ovat elementtejä, jotka suorittavat valikoivasti kuljettajien tai eristeiden toiminnan ulkoisista olosuhteista riippuen, joihin ne ovat altistuneet, kuten lämpötila, paine, säteily sekä magneettinen tai sähkökenttä.

Määräaikaisessa taulukossa 14 puolijohdeelementtejä on läsnä, joista pii, saksalainen, seleeni, kadmium, alumiini, gallium, boori, intialainen ja hiili erottuvat. Puolijohteet ovat kiteisiä kiinteitä aineita, joilla on keskimääräinen sähkönjohtavuus, joten niitä voidaan käyttää kaksinkertaisesti kuljettajana ja eristeenä.

Jos niitä käytetään johtimina, tietyt olosuhteet sallivat olosuhteissa sähkövirran kiertämisen, mutta vain tietyssä mielessä. Lisäksi niillä ei ole yhtä korkeaa johtavuutta kuin johtavien metallien.

Puolijohteita käytetään elektronisissa sovelluksissa, etenkin komponenttien, kuten transistorien, diodien ja integroitujen piirien, valmistuksessa. Niitä käytetään myös optisten anturien lisävarusteina tai lisäravinteina, kuten solid -state -lasereissa, ja joitain sähkölaitteita sähkösiirtojärjestelmille.

Tällä hetkellä tämän tyyppisiä elementtejä käytetään tietoliikenteen, signaalinhallinta- ja prosessointijärjestelmien teknologiseen kehitykseen sekä kotimaisissa että teollisissa sovelluksissa.

Puolijohdetyypit

Puolijohdemateriaaleja on erityyppisiä epäpuhtauksien mukaan ja niiden fyysinen vaste ympäristöä koskeville ärsykkeille.

Luontaiset puolijohteet

Ne ovat niitä elementtejä, joiden molekyylirakenne koostuu yhden tyyppisestä atomista. Tämän tyyppisten luontaisten puolijohteiden joukossa on Piili ja Germanio.

Luonnollisten puolijohteiden molekyylirakenne on tetraedrinen; toisin sanoen siinä on kovalenttisia sidoksia neljän ympäröivän atomin välillä, kuten alla olevassa kuvassa esitetään.

Jokaisella sisäisen puolijohteen atomilla on 4 valenssielektronia; eli 4 elektronia kiertävä kunkin atomin uloimmassa kerroksessa. Jokainen näistä elektroneista vuorostaan ​​muodostaa linkkien vierekkäisiin elektroneihin.

Tällä tavoin jokaisessa atomin pintakerroksessa on 8 elektronia, jotka muodostavat kiinteän liiton elektronien ja atomien välillä, jotka muodostavat kiteisen verkon.

Tämän kokoonpanon takia elektronit eivät liiku helposti rakenteessa. Siten tavanomaisissa olosuhteissa luontaiset puolijohteet käyttäytyvät eristimenä.

Voi palvella sinua: 7 lelua, jotka toimivat merkittävimmän lämmön kanssa

Luonnollisen puolijohteen johtavuus kuitenkin nousee lämpötilan noustessa, koska jotkut valenssielektronit absorboivat lämpöenergiaa ja erillään sidoksista.

Näistä elektroneista tulee ilmaisia ​​elektroneja, ja jos ne ohjaavat oikein sähköpotentiaalierolla, ne voivat vaikuttaa virran kiertoon kiteisessä verkossa.

Tässä tapauksessa ilmaiset elektronit hyppäävät ajokaistalle ja suunnataan potentiaalisen lähteen positiiviseen napaan (esimerkiksi akku).

Valencia -elektronien liikkuminen indusoi tyhjiön molekyylirakenteessa, mikä merkitsee vaikutusta, joka tuottaa järjestelmän positiivisen kuorman, joten niitä pidetään positiivisina kuormittajina.

Sitten on käänteinen vaikutus, koska jotkut elektronit voivat pudota ajokaistalta Valencia -kerros vapauttaa energiaa prosessissa, jota kutsutaan rekombinaatioksi.

Ulkopuoliset puolijohteet

Ne muodostuvat sisällyttämällä epäpuhtaudet sisäisiin johtimiin; Eli yhdistämällä kolmiulotteiset elementit tai pentavalentti.

Tätä prosessia kutsutaan dopingiksi ja sen tavoitteena on lisätä materiaalien johtavuutta, näiden fysikaalisten ja sähköisten ominaisuuksien parantamiseksi.

Korvaamalla sisäinen puolijohde -atomi toisen komponentin atomilla, voidaan saada kahta tyyppiä ulkoisia puolijohteita, jotka ovat alla yksityiskohtaisia.

Puolijohdetyyppi P

Tässä tapauksessa epäpuhtaus on kolmiulotteinen puolijohdeelementti; eli kolme (3) elektronia sen valenssikerroksessa.

Rakenteen tunkeilijoiden elementtejä kutsutaan dopingelementteiksi. Esimerkkejä näistä tyypin P puolijohteiden elementeistä ovat boori (b), gallium (ga) tai intialainen (in).

Puuttumatta Valencia -elektronia muodostaen sisäisen puolijohteen neljä kovalenttisia sidoksia, P -tyyppisellä puolijohteella on tyhjiö puuttuvassa linkissä.

Yllä oleva tekee elektronien kulkusta, jotka eivät kuulu kiteiseen verkkoon sen positiivisen lastin kantaja.

Sidoksen linkin positiivisen kuormituksen vuoksi tämäntyyppisiä kapellimestareita kutsutaan kirjaimella "P" ja sen seurauksena ne tunnustetaan elektronien vastaanottajiksi.

Elektronivirta sidosreiän läpi tuottaa sähkövirran, joka kiertää vastakkaiseen suuntaan kuin vapaista elektroneista johdettu virta.

Voi palvella sinua: Tiedon vuokaavio

Tyypin N puolijohde

Kokoonpanon tunkeilijaelementti antaa Pentavalent -elementit; eli ne, joilla on viisi (5) elektronia Valencia -kaistalla.

Tässä tapauksessa epäpuhtaudet, jotka on sisällytetty sisäiseen puolijohteeseen, ovat elementtejä, kuten fosfori (P), antimon (SB) tai arseeni (AS).

Dopaneilla on ylimääräinen Valencia -elektroni, joka, jolla ei ole kovalenttista sidosta liittyäkseen, on automaattisesti liikkua kiteisen verkon läpi.

Täällä sähkövirta kiertää materiaalin läpi Dopanten tarjoamien vapaiden elektronien ylijäämän ansiosta. Siksi tyypin N puolijohteita pidetään elektronien luovuttajina.

Puolijohteiden ominaisuudet

Puolijohteille on ominaista niiden kaksinkertainen toiminnallisuus, energiatehokkuus, sovellusten monimuotoisuus ja alhaiset kustannukset. Puolijohteiden merkittävimmät ominaisuudet ovat yksityiskohtaisia:

• Vastauksesi (kuljettaja tai eristävä) voi vaihdella elementin herkkyydestä valaistukseen, sähkökenttiin ja ympäristön magneettikenttiin.
• Jos puolijohdelle altistetaan matala lämpötila, elektronit pysyvät yhtenäisinä Valencia -kaistalla, ja siksi vapaita elektroneja ei synty sähkövirran kiertoa varten. Toisaalta, jos puolijohde altistuu korkeille lämpötiloille, lämpöväristys voi vaikuttaa elementin atomien kovalenttisten sidosten kiinteyteen, joka on vapaat elektronit sähköisen johtavuuden kannalta.
• Puolijohteiden johtavuus vaihtelee riippuen epäpuhtauksien tai dopingelementtien osuudesta sisäisessä puolijohteessa. Esimerkiksi, jos 10 booriatomia sisältyy miljoonaan piidiomiin, tämä osuus lisää yhdisteen johtavuutta tuhat kertaa verrattuna piin johtavuuteen puhtaassa tilassa.
• Puolijohteiden johtavuus vaihtelee välillä 1-10^-6 S.cm^-1, Käytetyn kemiallisen elementin tyypistä riippuen.
• Komposiitti- tai ulkoiset puolijohteet voivat olla optisia ja sähköisiä ominaisuuksia huomattavasti korkeammat kuin sisäisten puolijohteiden ominaisuudet. Esimerkki tästä näkökulmasta on Gallium Arseniuro (GAAS), pääasiassa radiotaajuudessa ja muissa optolektronisten sovellusten käytössä.

Puolijohdesovellukset

Kodinkoneet

Puolijohteita on läsnä elektronisissa laitteissa, joita käytämme jokapäiväisessä elämässämme, kuten ruskeana linja -laitteina, kuten televisiot, videopelaajat, äänilaitteet; Tietokoneet ja matkapuhelimet.

Voi palvella sinua: dynaaminen ohjelmointi: ominaisuudet, esimerkki, edut, haitat

elektroniikka

Puolijohteita käytetään laajasti raaka -aineena päivittäiseen elämäämme osaan elektronisten elementtien kokoonpanossa, kuten integroidut piirit.

Yksi integroidun piirin pääosista on transistorit. Nämä laitteet täyttävät lähtösignaalin (värähtely, monistetut tai korjatut) toimittamisen toiminnot tietyn tulosignaalin mukaisesti.

Elektroniset piiriodit

Lisäksi puolijohteet ovat myös elektronisissa piireissä käytettyjen diodien ensisijainen materiaali sähkövirran läpikulun sallimiseksi jossain mielessä.

Diodien suunnittelussa muodostetaan ulkopuolisten puolijohteiden kumi P ja tyyppi N. Kun vuorottelevat kantajat ja elektronien luovuttajat, tasapainomekanismi molempien alueiden välillä aktivoidaan.

Siten molempien alueiden elektronit ja reiät ovat integroituneita ja täydennetään tarvittaessa. Tämä tapahtuu kahdella tavalla:

• N -tyypin Z -vyöhykkeen elektronien siirto tapahtuu. N -vyöhyke N saa pääosin positiivisen kuormitusvyöhykkeen.
• Esitetään askel elektronikantaja P -alueelta P tyypin N vyöhykkeelle. P -vyöhyke saa pääosin negatiivisen kuorman.

Lopuksi muodostuu sähkökenttä, joka indusoi virran kiertoa jossain mielessä; eli vyöhykkeeltä n vyöhykkeelle P.

Muut laitteet

Lisäksi käytettäessä sisäisiä ja ulkoisia puolijohteita.

Tämäntyyppisiä sovelluksia koskee integroituja piirejä, kuten mikroprosessoivia siruja, jotka kattavat huomattavan määrän sähköä.

Esimerkkejä puolijohteista

Pii

Elektroniikkateollisuuden eniten käytetty puolijohde on pii (SI). Tämä materiaali on läsnä laitteissa, jotka muodostavat integroituja piirejä, jotka ovat osa päivittäistä.

Germanio ja piiseokset

Germanio- ja silikio (SIGE) -lejeeringejä käytetään suurissa nopeuksissa integroiduissa piireissä tutkaa ja sähkölaitevahvistimia, kuten sähkökitarat.

Gallium Arseniuro

Toinen esimerkki puolijohdosta on gallium arseniuro (GAAS), jota käytetään laajasti signaalivahvistimissa, erityisesti korkeat ja alhaiset kohinasignaalit.