Puolijohteiden tyypit, sovellukset ja esimerkit



puolijohde ne ovat elementtejä, jotka suorittavat johtimien tai eristeiden toimintaa valikoivasti riippuen ulkoisista olosuhteista, joihin ne altistuvat, kuten lämpötila, paine, säteily ja magneetti- tai sähkökentät.

Periodisessa taulukossa on läsnä 14 puolijohdekomponenttia, joista pii, germanium, seleeni, kadmium, alumiini, gallium, boori, indium ja hiili. Puolijohteet ovat kiteisiä kiinteitä aineita, joilla on keskimääräinen sähköjohtavuus, joten niitä voidaan käyttää kaksoissuuntaisena johtimena ja eristeenä..

Jos niitä käytetään johtimina, tietyissä olosuhteissa olosuhteet sallivat sähkövirran kiertämisen, mutta vain yhteen suuntaan. Niiden johtavuus ei ole yhtä suuri kuin johtavien metallien johtavuus.

Puolijohteita käytetään elektronisissa sovelluksissa, erityisesti komponenttien, kuten transistoreiden, diodien ja integroitujen piirien, valmistukseen. Niitä käytetään myös lisälaitteina tai lisävarusteina optisille antureille, kuten solid-state-lasereille, ja joillekin sähkölaitteiden voimansiirtolaitteille..

Tällä hetkellä tällaisia ​​elementtejä käytetään teknologian kehittämiseen televiestinnän, ohjausjärjestelmien ja signaalinkäsittelyn aloilla sekä kotimaisissa että teollisissa sovelluksissa.

indeksi

  • 1 tyypit
    • 1.1 Sisäiset puolijohteet
    • 1.2 Ulkoiset puolijohteet
  • 2 Ominaisuudet
  • 3 Sovellukset
  • 4 Esimerkkejä
  • 5 Viitteet

tyyppi

Puolijohdemateriaaleja on erilaisia, riippuen niiden läsnä olevista epäpuhtauksista ja niiden fyysisestä vasteesta erilaisiin ympäristöön kohdistuviin ärsykkeisiin.

Sisäiset puolijohteet

Ovatko ne elementit, joiden molekyylirakenne koostuu yhdestä atomityypistä. Tämäntyyppisten luontaisten puolijohteiden joukossa on silico ja germanium.

Sisäisten puolijohteiden molekyylirakenne on tetraedrinen; ts. siinä on kovalenttiset sidokset neljän ympäröivän atomin välillä, kuten alla olevassa kuvassa esitetään.

Sisäisen puolijohdon jokaisessa atomissa on 4 valenssi-elektronia; toisin sanoen 4 atomia kiertävät kunkin atomin uloimmassa kerroksessa. Kukin näistä elektroneista puolestaan ​​muodostaa sidoksia viereisten elektronien kanssa.

Tällä tavoin jokaisella atomilla on 8 elektronia kaikkein pintakerroksessaan, joka muodostaa kiinteän liitoksen elektronien ja kristalliristikon muodostavien atomien välille..

Tämän konfiguraation takia elektronit eivät liiku helposti rakenteen sisällä. Täten vakio-olosuhteissa luontaiset puolijohteet käyttäytyvät eristeinä.

Sisäisen puolijohdekapasiteetin johtavuus nousee kuitenkin aina, kun lämpötila kasvaa, koska jotkin valenssielektronit absorboivat lämpöenergiaa ja erillään sidoksista.

Nämä elektronit tulevat vapaiksi elektroneiksi, ja jos ne käsitellään asianmukaisesti sähköpotentiaalin erolla, ne voivat edistää virran kiertoa kiteisessä hilassa.

Tällöin vapaat elektronit hyppäävät johtavuusnauhaan ja menevät potentiaalisen lähteen positiiviseen napaan (esimerkiksi akkuun).

Valenssielektronien liikkuminen aiheuttaa molekyylirakenteessa tyhjiön, joka muuttuu samankaltaiseksi vaikutukseksi, joka tuottaisi positiivisen varauksen järjestelmässä, joten niitä pidetään positiivisen varauksen kantajina..

Sitten tapahtuu käänteinen vaikutus, koska jotkut elektronit voivat pudota johtokäyrästä kunnes valenssikerros vapauttaa energiaa prosessissa, joka vastaanottaa rekombinaation nimen..

Ulkoiset puolijohteet

Ne sopivat sisällyttämällä epäpuhtauksia sisäisiin johtimiin; toisin sanoen sisällyttämällä kolmiarvoisia tai viisiarvoisia elementtejä.

Tätä prosessia kutsutaan dopingiksi ja sen tarkoituksena on lisätä materiaalien johtavuutta, parantaa niiden fysikaalisia ja sähköisiä ominaisuuksia.

Korvaamalla sisäisen puolijohde- atomin toisen komponentin atomille voidaan hankkia kahdentyyppisiä ulkoisia puolijohteita, jotka kuvataan alla.

Puolijohdetyyppi P

Tässä tapauksessa epäpuhtaus on kolmiarvoinen puolijohde-elementti; toisin sanoen kolmen (3) elektronin valenssikuoressa.

Rakenteen sisäisiä osia kutsutaan doping-elementeiksi. Esimerkkejä näistä elementeistä P-tyypin puolijohteille ovat boori (B), gallium (Ga) tai indium (In).

Paitsi, että valenssielektronia ei muodostu neljän kovalenttisen sidoksen muodostamiseksi luontaisen puolijohdon, P-tyypin puolijohteessa on aukko puuttuvassa linkissä.

Tämä tekee elektronien, jotka eivät kuulu kiteiseen verkkoon, kulkua tämän positiivisen varauskanavan reiän läpi.

Linkin rakon positiivisen varauksen takia tätä tyyppiä olevia johtimia kutsutaan kirjaimella "P", ja siksi ne tunnistetaan elektronin vastaanottajiksi.

Elektronien virtaus sidoksen aukkojen läpi tuottaa sähkövirran, joka virtaa vastakkaiseen suuntaan vapaasta elektronista johdetun virran suuntaan.

Puolijohdetyyppi N

Konfiguraation häiritsevä elementti annetaan pentavalenttisilla elementeillä; toisin sanoen ne, joilla on viisi (5) elektronia valenssikaistalla.

Tässä tapauksessa epäpuhtaudet, jotka on sisällytetty luontaiseen puolijohteeseen, ovat elementtejä, kuten fosforia (P), antimonia (Sb) tai arseenia (As).

Dopanteissa on ylimääräinen valenssielektroni, jolla ei ole kovalenttista linkkiä liittymään automaattisesti vapaana liikkumaan kiteisen verkon läpi.

Tällöin sähkövirta kiertää materiaalin läpi dopantin tarjoamien vapaiden elektronien ylijäämän ansiosta. Siksi N-tyypin puolijohteita pidetään elektronin luovuttajina.

piirteet

Puolijohteille on ominaista kaksoistoiminnallisuus, energiatehokkuus, sovellusten monimuotoisuus ja alhaiset kustannukset. Puolijohteiden merkittävimmät ominaisuudet on kuvattu alla.

- Sen vaste (johdin tai eristin) voi vaihdella riippuen elementin herkkyydestä ympäristön valaistukseen, sähkökenttiin ja magneettikenttiin..

- Jos puolijohdetta altistetaan matalalle lämpötilalle, elektronit pidetään yhdessä valenssi- kaistalla, joten vapaita elektroneja ei synny sähkövirran kiertoon. 

Sitä vastoin, jos puolijohdetta altistetaan korkeille lämpötiloille, terminen tärinä voi vaikuttaa alkuaatomien kovalenttisten sidosten lujuuteen, jolloin vapaat elektronit jäävät sähköä johtaviksi..

- Puolijohteiden johtavuus vaihtelee riippuen epäpuhtauksien tai doping-elementtien osuudesta sisäisen puolijohdon sisällä.

Esimerkiksi jos 10 booriatomia on mukana miljoonassa silikoniatomissa, tämä suhde lisää yhdisteen johtavuutta tuhat kertaa verrattuna puhtaan piin johtavuuteen..

- Puolijohteiden johtavuus vaihtelee välillä 1 ja 10-6 S.cm-1, riippuen käytetyn kemiallisen elementin tyypistä.

- Yhdistetyillä tai ulkoisilla puolijohteilla voi olla optisia ja sähköisiä ominaisuuksia, jotka ovat huomattavasti parempia kuin luontaisten puolijohteiden ominaisuudet..

sovellukset

Puolijohteita käytetään laajalti raaka-aineena sähköisten elementtien kokoamisessa, jotka ovat osa jokapäiväistä elämäämme, kuten integroidut piirit.

Yksi integroidun piirin pääelementeistä on transistorit. Nämä laitteet täyttävät lähtösignaalin (värähtelevä, vahvistettu tai korjattu) funktiona tietyn tulosignaalin mukaisesti.

Lisäksi puolijohteet ovat myös elektronisten piirien diodien ensisijainen materiaali, jotta sähkövirta kulkee vain yhteen suuntaan.

Diodien suunnittelussa muodostetaan ulkoisia puolijohdeliitoksia tyyppi P ja tyyppi N, vaihtelevilla kantoelementeillä ja elektronidonoreilla molempien vyöhykkeiden välinen tasapainomekanismi aktivoituu..

Siten elektronit ja molempien vyöhykkeiden reiät leikkaavat ja täydentävät toisiaan tarvittaessa. Tämä tapahtuu kahdella tavalla:

- Elektronien siirto N-tyypin vyöhykkeeltä P-vyöhykkeelle tapahtuu, ja N-tyypin vyöhyke saa enimmäkseen positiivisen kuormatilan.

- Esillä on elektroniikan kantavien reikien kulku P-tyypin vyöhykkeestä N-tyyppiseen vyöhykkeeseen.P-tyypin vyöhyke saa enimmäkseen negatiivisen varauksen.

Lopuksi luodaan sähkökenttä, joka indusoi virran kierron vain yhteen suuntaan; eli vyöhykkeestä N vyöhykkeeseen P.

Lisäksi sisäisten ja ulkoisten puolijohteiden yhdistelmien avulla voidaan tuottaa laitteita, jotka suorittavat samanlaisia ​​toimintoja kuin tyhjöputkeen, joka sisältää sen tilavuuden satoja kertoja.

Tämäntyyppiset sovellukset koskevat integroituja piirejä, kuten mikroprosessorilastuja, jotka kattavat huomattavan määrän sähköenergiaa.

Puolijohteet ovat mukana elektronisissa laitteissa, joita käytämme jokapäiväisessä elämässämme, kuten ruskeat linjalaitteet, kuten televisiot, videonauhurit, äänilaitteet; tietokoneita ja matkapuhelimia.

esimerkit

Elektroniikkateollisuuden yleisimmin käytetty puolijohde on pii (Si). Tämä materiaali on mukana laitteissa, jotka muodostavat integroidut piirit, jotka ovat osa päivittäistä.

Germanium- ja pii-seoksia (SiGe) käytetään suurnopeuksisissa integroiduissa piireissä, joissa käytetään sähkölaitteiden, kuten sähkökitaroiden, tutkia ja vahvistimia.

Toinen esimerkki puolijohtimesta on gallium-arsenidi (GaAs), jota käytetään laajasti signaalivahvistimissa, erityisesti signaaleja, joilla on suuri vahvistus ja matala melutaso.

viittaukset

  1. Brian, M. (s.f.) Miten puolijohteet toimivat. Haettu osoitteesta electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Sisäiset ja ulkoiset puolijohteet. Haettu osoitteesta pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Haettu osoitteesta: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Lontoo, Yhdistynyt kuningaskunta. Haettu osoitteesta: britannica.com
  5. Mitä ovat puolijohteet? (N.D.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Haettu osoitteesta: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Haettu osoitteesta: en.wikipedia.org