Врсте полупроводника, апликације и примери

Тхе полупроводници то су елементи који селективно обављају функцију проводника или изолатора, у зависности од спољашњих услова којима су изложени, као што су температура, притисак, зрачење и магнетна или електрична поља.

У периодичној табели налазе се 14 полупроводничких елемената, међу којима су силициј, германијум, селен, кадмијум, алуминијум, галијум, бор, индијум и угљеник. Полупроводници су кристалне чврсте супстанце са средњом електричном проводљивошћу, тако да се могу користити на двоструки начин као проводник и изолатор.

Ако се користе као проводници, под одређеним условима, дозвољава се циркулација електричне струје, али само у једном правцу. Такође, они немају тако високу проводљивост као код проводљивих метала.

Полупроводници се користе у електронским апликацијама, посебно за производњу компоненти као што су транзистори, диоде и интегрисана кола. Користе се и као додатна опрема или прибор за оптичке сензоре, као што су полупроводнички ласери, и неки енергетски уређаји за системе преноса електричне енергије..

Тренутно, овај тип елемената се користи за технолошки развој у области телекомуникација, контролних система и обраде сигнала, како у домаћој тако иу индустријској примени..

Индек

• 1 Типови
  • 1.1. Унутрашњи полупроводници
  • 1.2 Спољни полуводичи
• 2 Карактеристике
• 3 Апплицатионс
• 4 Примери
• 5 Референце

Типови

Постоје различити типови полупроводничких материјала, у зависности од нечистоћа које представљају и њиховог физичког одговора на различите подражаје из окружења.

Интринсиц семицондуцторс

То су они елементи чија се молекуларна структура састоји од једног типа атома. Међу овим типом унутрашњих полупроводника је силицо и германијум.

Молекуларна структура унутрашњих полупроводника је тетраедарска; то јест, има ковалентне везе између четири околна атома, као што је приказано на слици испод.

Сваки атом унутрашњег полупроводника има 4 валентна електрона; то јест, 4 електрона који круже у крајњем слоју сваког атома. Заузврат, сваки од ових електрона формира везе са суседним електронима.

На тај начин сваки атом има 8 електрона у свом нај површнијем слоју, који формира чврсти спој између електрона и атома који чине кристалну решетку..

Због ове конфигурације, електрони се не крећу лако унутар структуре. Дакле, под стандардним условима, унутрашњи полупроводници се понашају као изолатор.

Међутим, проводљивост унутрашњег полупроводника расте кад год се температура повећа, јер неки валентни електрони апсорбују топлотну енергију и одвајају се од веза.

Ови електрони постају слободни електрони и, ако су исправно адресирани разликом у електричном потенцијалу, могу допринети циркулацији струје унутар кристалне решетке..

У овом случају, слободни електрони прелазе на проводни појас и прелазе на позитивни пол потенцијалног извора (батерија, на пример).

Кретање валентних електрона индукује вакуум у молекуларној структури, што се преводи у ефекат сличан оном који би произвео позитиван набој у систему, па се они сматрају носиоцима позитивног набоја..

Затим долази до инверзног ефекта, јер неки електрони могу пасти из опсега проводљивости све док валентни слој не ослободи енергију у процесу, који добија име рекомбинације.

Ектринсиц семицондуцторс

Они се уклапају укључивањем нечистоћа унутар унутрашњих проводника; то јест, укључивањем тровалентних или пентавалентних елемената.

Овај процес је познат као допинг и има за циљ да повећа проводљивост материјала, да побољша њихове физичке и електричне особине.

Заменом унутрашњег полупроводничког атома за атом друге компоненте, могу се добити два типа спољашњих полупроводника, који су детаљно описани у наставку..

Полупроводник типа П

У овом случају, нечистоћа је тровалентни полуводички елемент; то јест, са три (3) електрона у својој валентној љусци.

Интрузивни елементи унутар структуре називају се допинг елементи. Примери ових елемената за полупроводнике типа П су бор (Б), галијум (Га) или индијум (Ин).

У недостатку валентног електрона који формира четири ковалентне везе интринзичног полупроводника, полуводич П-типа има празнину у карији која недостаје.

То чини пролаз електрона који не припадају кристалној мрежи кроз ову рупу носиоца позитивног набоја.

Због позитивног набоја зазора везе, овај тип проводника се назива са словом "П" и, сходно томе, препознају се као акцептори електрона.

Ток електрона кроз празнине везе ствара електричну струју која тече у супротном смјеру од струје која потиче од слободних електрона.

Полуводички тип Н

Интрузивни елемент у конфигурацији је дат петвалентним елементима; то јест, они који имају пет (5) електрона у валентном појасу.

У овом случају, нечистоће које су уграђене у унутрашњи полупроводник су елементи као што су фосфор (П), антимон (Сб) или арсен (Ас).

Допанти имају екстра валентни електрон који се, пошто немају ковалентну везу за спајање, аутоматски слободно креће кроз кристалну мрежу.

Овде електрична струја циркулише кроз материјал захваљујући вишку слободних електрона обезбеђених допантом. Стога се полуводичи Н-типа сматрају електронским донорима.

Феатурес

Полуводиче карактерише двострука функционалност, енергетска ефикасност, разноликост апликација и ниска цена. Најистакнутије карактеристике полупроводника су детаљно описане у наставку.

- Његов одговор (проводник или изолатор) може варирати у зависности од осетљивости елемента на осветљење, електрична поља и магнетна поља околине.

- Ако је полуводич изложен ниској температури, електрони ће се држати заједно у валентном појасу и стога се неће појавити слободни електрони за циркулацију електричне струје. 

Насупрот томе, ако је полуводич изложен високим температурама, топлотне вибрације могу утицати на јачину ковалентних веза атома елемената, остављајући слободне електроне за електричну проводљивост..

- Проводљивост полупроводника варира у зависности од пропорције нечистоћа или допинг елемената унутар унутрашњег полупроводника.

На пример, ако је 10 милиона атома бора укључено у милион силицијумских атома, тај однос повећава проводљивост једињења хиљаду пута, у односу на проводљивост чистог силицијума..

- Проводљивост полупроводника варира у распону од 1 до 10^-6 С.цм^-1, у зависности од врсте хемијског елемента који се користи.

- Једињења спојева или спољашњих полупроводника могу имати оптичке и електричне особине знатно боље од својстава унутрашњих полупроводника, што је пример галијум арсенида (ГаАс), који се углавном користи у радиофреквентним и другим применама оптоелектронских апликација..

Апплицатионс

Полупроводници се широко користе као сировина у састављању електронских елемената који су део нашег свакодневног живота, као што су интегрисана кола.

Један од главних елемената интегрисаног кола су транзистори. Ови уређаји испуњавају функцију обезбеђивања излазног сигнала (осцилаторног, појачаног или исправљеног) у складу са специфичним улазним сигналом.

Поред тога, полупроводници су такође примарни материјал диода које се користе у електронским колима како би се омогућио пролаз електричне струје само у једном правцу.

За пројектовање диода настају спољашњи полупроводнички спојеви типа П и типа Н. Помоћу наизменичних носивих елемената и донора електрона активира се балансни механизам између обе зоне..

Тако се електрони и рупе у обје зоне међусобно сијеку и допуњују када је то потребно. Ово се дешава на два начина:

- Појављује се пренос електрона из зоне Н-зоне у зону П. Зона Н-типа добија претежно позитивну зону утовара..

- Приказан је пролаз рупа за пренос електрона из зоне П-типа у зону типа Н. П-тип зона добија претежно негативан набој.

Коначно, ствара се електрично поље које индукује циркулацију струје само у једном правцу; то јест, од зоне Н до зоне П.

Поред тога, коришћењем комбинација унутрашњих и спољашњих полупроводника могу се произвести уређаји који обављају функције сличне вакуумској цијеви која садржи стотине пута волумен.

Овај тип апликација се односи на интегрисана кола, као што су микропроцесорски чипови који покривају значајну количину електричне енергије.

Полупроводници су присутни у електронским уређајима које користимо у свакодневном животу, као што је опрема за смеђу линију као што су телевизори, видео плејери, звучна опрема; компјутере и мобилне телефоне.

Примери

Најчешће коришћени полупроводник у електронској индустрији је силициј (Си). Овај материјал је присутан у уређајима који чине интегрисана кола која су део нашег дана у дан.

Германијум и силиконске легуре (СиГе) се користе у великим брзинским интегрисаним колима за радаре и појачала електричних инструмената, као што су електричне гитаре.

Други пример полупроводника је галијум арсенид (ГаАс), који се широко користи у појачавачима сигнала, посебно сигнале са високим појачањем и ниским нивоом шума..

Референце

1. Бриан, М. (с.ф.) Хов Семицондуцторс Ворк. Преузето са: елецтроницс.ховстуффворкс.цом
2. Ландин, П. (2014). Унутрашњи и спољашњи полупроводници. Преузето са: пеландинтецно.блогспот.цом
3. Роусе, М. (с.ф.). Семицондуцтор. Добављено из: вхатис.тецхтаргет.цом
4. Семицондуцтор (1998). Енцицлопӕдиа Британница, Инц. Лондон, Великобританиа. Преузето са: британница.цом
5. Шта су полупроводници? (с.ф.). © Хитацхи Хигх-Тецхнологиес Цорпоратион. Преузето са: хитацхи-хигхтецх.цом
6. Википедиа, Тхе Фрее Енцицлопедиа (2018). Семицондуцтор. Преузето са: ен.википедиа.орг