Polovodiče

Kremík je najpoužívanejší polovodič

Čo sú polovodičové alebo polovodičové materiály?

Ten polovodičové alebo polovodičové materiály Sú to prvky, ktoré vykonávajú funkciu ovládačov alebo izolátorov selektívne, v závislosti od vonkajších podmienok, na ktoré sú vystavené, ako je teplota, tlak, žiarenie a magnetické alebo elektrické polia.

V periodickej tabuľke 14 sú prítomné prvky polovodičov. Semiconductory sú kryštalické tuhé látky s priemernou elektrickou vodivosťou, takže sa môžu používať duálne ako vodič a izolátor.

Ak sa používajú ako vodiče, za podmienok umožňujú určité podmienky cirkuláciu elektrického prúdu, ale iba v istom zmysle. Okrem toho nemajú tak vysokú vodivosť ako vodivé kovy.

Polovodiče sa používajú v elektronických aplikáciách, najmä na výrobu komponentov, ako sú tranzistory, diódy a integrované obvody. Používajú sa tiež ako príslušenstvo alebo doplnky optických senzorov, ako sú napríklad lasery v tuhom stave, a niektoré energetické zariadenia pre systémy prenosu elektrickej energie.

V súčasnosti sa tento typ prvkov používa na technologický vývoj v oblasti telekomunikácií, riadiacich a spracovateľských systémov signálu, a to v domácich aj priemyselných aplikáciách.

Typy polovodičov

Existujú rôzne typy polovodičových materiálov, v závislosti od nečistôt, ktoré uvádzajú, a ich fyzickej reakcie na rôzne podnety životného prostredia.

Vnútorné polovodiče

Sú to tie prvky, ktorých molekulárna štruktúra je tvorená jedným typom atómu. Medzi týmto typom vnútorných polovodičov patrí kremík a germanio.

Molekulárna štruktúra vnútorných polovodičov je tetraedrálna; to znamená, že má kovalentné väzby medzi štyrmi okolitými atómami, ako je uvedené na obrázku nižšie.

Každý atóm vnútorného polovodiča má 4 valenčné elektróny; to znamená, 4 elektróny obiehajúce vo vonkajšej vrstve každého atómu. Každý z týchto elektrónov sa naopak spája so susednými elektrónmi.

Týmto spôsobom má každý atóm vo svojej najvýraznejšej vrstve 8 elektrónov, ktoré tvorí solídny zväzok medzi elektrónmi a atómami, ktoré tvoria kryštalickú sieť.

Vďaka tejto konfigurácii sa elektróny ľahko nepohybujú v rámci štruktúry. V štandardných podmienkach sa teda vnútorné polovodiče správajú ako izolátor.

Môže vám slúžiť: 7 hračiek, ktoré pracujú s najvýznamnejšími teplom

Vodivosť vnútorného polovodiča však stúpa vždy, keď sa teplota zvyšuje, pretože niektoré valenčné elektróny absorbujú tepelnú energiu a oddeľujú sa od väzieb.

Tieto elektróny sa stávajú voľnými elektrónmi a ak sú správne riadené rozdielom elektrického potenciálu, môžu prispievať k obehu prúdu v kryštalickej sieti.

V tomto prípade bezplatné elektróny skočia do vodičského pásma a sú nasmerované na pozitívny stĺp potenciálneho zdroja (napríklad batéria).

Pohyb elektrónov Valencie indukuje vákuum v molekulárnej štruktúre, čo sa premieta do účinku podobného ako v prípade, že by v systéme prinieslo pozitívne zaťaženie, takže sa považujú za pozitívne nosiče zaťaženia.

Potom existuje inverzný účinok, pretože niektoré elektróny môžu spadnúť z hnacieho pásma do vrstvy Valencie, ktorá v procese uvoľňuje energiu, ktorá sa nazýva rekombinácia.

Vonkajšie polovodiče

Vytvárajú sa zahrnutím nečistôt do vnútorných vodičov; to znamená, že prostredníctvom začlenenia trojitných prvkov alebo pentavalent.

Tento proces je známy ako doping a jeho cieľom je zvýšiť vodivosť materiálov, zlepšiť fyzikálne a elektrické vlastnosti týchto.

Nahradením vnútorného atómu polovodiča za atóm inej zložky je možné získať dva typy vonkajších polovodičov, ktoré sú podrobne uvedené nižšie.

Polovodičový typ P

V tomto prípade je nečistota trivalentným polovodičovým prvkom; to znamená s tromi (3) elektrónmi vo svojej valenčnej vrstve.

Prvky votrelca v rámci štruktúry sa nazývajú dopingové prvky. Príkladmi týchto prvkov pre polovodičo typu P sú bór (b), gallium (ga) alebo indické (in).

Chýbajúci elektrón vo Valencii za vzniku štyroch kovalentných väzieb vnútorného polovodiča, polovodič typu p má vákuum v chýbajúcich odkazoch.

Vyššie uvedené je priechod elektrónov, ktoré nepatria do kryštalickej siete prostredníctvom tohto pozitívneho nákladného nosiča.

Kvôli kladnému zaťaženiu prepojenia väzby sa tento typ vodičov nazýva písmenom „p“, a preto sa uznávajú ako elektrónové akceptory.

Elektrónový prietok cez dierky z väzieb produkuje elektrický prúd, ktorý cirkuluje v opačnom smere ako prúd odvodený z voľných elektrónov.

Môže vám slúžiť: Vývojový diagram údajov

Polovodič typu n

Prvok votrelca v konfigurácii je daný pentavalentnými prvkami; To znamená, že tí, ktorí majú päť (5) elektrónov v pásme Valencia.

V tomto prípade nečistoty, ktoré sú začlenené do vnútorného polovodiča, sú prvky ako fosfor (P), antimón (SB) alebo arzén (AS).

Dopanty majú ďalší elektrón vo Valencii, ktorý nemá kovalentné spojenie, aby sa pripojil, automaticky voľný pohyb kryštalickej siete.

Elektrický prúd tu cirkuluje cez materiál vďaka prebytku voľných elektrónov poskytnutých dopantom. Preto sa polovodičy typu N považujú za darcov elektrónov.

Charakteristiky polovodičov

Polovodiče sa vyznačujú ich dvojitou funkčnosťou, energetickou účinnosťou, rozmanitosťou aplikácií a nízkymi nákladmi. Najvýznamnejšie charakteristiky polovodičov sú podrobne uvedené nižšie:

• Vaša reakcia (vodič alebo izolácia) sa môže líšiť v závislosti od citlivosti prvku na osvetlenie, elektrické polia a magnetické polia prostredia.
• Ak je polovodič vystavený nízkej teplote, elektróny zostanú zjednotené v pásme Valencia, a preto pre obeh elektrického prúdu nevzniknú voľné elektróny. Na druhej strane, ak je polovodič vystavený vysokým teplotám, tepelné vibrácie môžu ovplyvniť tuhosť kovalentných väzieb atómov prvku, čo je voľné elektróny na elektrické vedenie.
• Vodivosť polovodičov sa líši v závislosti od podielu nečistôt alebo dopingových prvkov vo vnútornom polovodiče. Napríklad, ak je 10 atómov bóru zahrnutých do jedného milióna atómov kremíka, tento pomer zvyšuje vodivosť zlúčeniny tisíckrát v porovnaní s vodivosťou kremíka v čistom stave.
• Vodivosť polovodičov sa v intervale líši medzi 1 a 10^-6 Siež.cm^-1, V závislosti od typu použitého chemického prvku.
• Kompozitné alebo vonkajšie polovodiče môžu prezentovať optické a elektrické vlastnosti podstatne vyššie ako vlastnosti vnútorných polovodičov. Príkladom tohto aspektu je Gallium Arseniuro (GAAS), prevažne používaný v rádiových frekvenciách a ďalšie použitia optolektronických aplikácií.

Polovodičové aplikácie

Domáce spotrebiče

Polovodiče sú prítomné v elektronických zariadeniach, ktoré používame v našom každodennom živote, ako sú vybavenie hnedej línie, ako sú televízory, videozáznamy, zvukové vybavenie; Počítače a mobilné telefóny.

Môže vám slúžiť: Dynamické programovanie: Charakteristiky, príklad, výhody, nevýhody

elektronika

Polovodiče sa široko používajú ako surovina v zostavovaní elektronických prvkov, ktoré sú súčasťou nášho každodenného života, napríklad integrované obvody.

Jedným z hlavných prvkov integrovaného obvodu sú tranzistory. Tieto zariadenia spĺňajú funkciu poskytovania výstupného signálu (oscilačné, amplifikované alebo opravené) podľa špecifického vstupného signálu.

Elektronické diódy

Okrem toho sú polovodičom tiež primárnym materiálom diód používaných v elektronických obvodoch, ktoré umožňujú priechod elektrického prúdu v jednom zmysle.

Pre dizajn diód sa tvoria ďasná z vonkajších polovodičov typu P a typ N. Pri striedaní nosičov a darcov elektrónov sa aktivuje vyvážený mechanizmus medzi oboma oblasťami.

Preto sú elektróny a diery obidvoch oblastí integrované a v prípade potreby doplnené. Toto sa vyskytuje dvoma spôsobmi:

• Vyskytuje sa prenos elektrónov zóny typu n typu Z. Nóma N získava prevažne pozitívnu zónu zaťaženia.
• Je uvedený krok elektrónových nosičov z Pone P do zóny typu N. Zóna P získava prevažne negatívne zaťaženie.

Nakoniec je vytvorené elektrické pole, ktoré indukuje obeh prúdu v jednom zmysle; to znamená, z zóny n do zóny P.

Iné zariadenia

Okrem toho pri použití kombinácií vnútorných a vonkajších polovodičov.

Tento typ aplikácií sa uplatňuje v integrovaných obvodoch, ako sú napríklad mikroprocesívne čipy, ktoré pokrývajú značné množstvo elektriny.

Príklady polovodičov

Kremík

Najpoužívanejším polovodičom v elektronickom priemysle je kremík (SI). Tento materiál je prítomný v zariadeniach, ktoré tvoria integrované obvody, ktoré sú súčasťou nášho každodenného dňa.

Germanio a Silicon zliatiny

Zliatiny Germanio a Silicio (SIGE) sa používajú v integrovaných obvodoch s vysokou rýchlosťou pre radary a zosilňovače elektrických prístrojov, ako sú elektrické gitary.

Gallium arseniuro

Ďalším príkladom polovodiča je Gallium Arseniuro (GAAS), ktorý sa bežne používa v zosilňovačoch signálu, špecificky vysoký zisk a signály s nízkym hlukom.