Puslaidininkių tipai, taikomosios programos ir pavyzdžiai



The puslaidininkių jie yra elementai, kurie atlieka laidininkų ar izoliatorių funkciją selektyviai, priklausomai nuo išorinių sąlygų, kurioms jie veikiami, pvz., temperatūra, slėgis, spinduliuotė ir magnetiniai arba elektriniai laukai.

Periodinėje lentelėje yra 14 puslaidininkinių elementų, tarp kurių yra silicis, germanis, selenas, kadmis, aliuminis, galis, boras, indis ir anglis. Puslaidininkiai yra vidutinio elektros laidumo kristalinės kietosios medžiagos, todėl jie gali būti naudojami dvigubai kaip laidininkas ir izoliatorius..

Jei jie naudojami kaip laidininkai, tam tikromis sąlygomis sąlygos leidžia elektros srovės cirkuliaciją, bet tik viena kryptimi. Be to, jų laidumas nėra toks didelis, kaip ir laidžių metalų.

Puslaidininkiai naudojami elektroninėse programose, ypač komponentų, tokių kaip tranzistoriai, diodai ir integriniai grandynai, gamybai. Jie taip pat naudojami kaip priedai ar priedai optiniams jutikliams, pvz., Kietojo kūno lazeriams, ir kai kuriems elektros energijos perdavimo sistemų galios įrenginiams..

Šiuo metu šio tipo elementai naudojami technologinei plėtrai telekomunikacijų, valdymo sistemų ir signalų apdorojimo srityse tiek vidaus, tiek pramonėje..

Indeksas

  • 1 tipai
    • 1.1 Vidiniai puslaidininkiai
    • 1.2. Puslaidininkiai
  • 2 Charakteristikos
  • 3 Programos
  • 4 Pavyzdžiai
  • 5 Nuorodos

Tipai

Yra įvairių puslaidininkių medžiagų, priklausomai nuo jų esančių priemaišų ir jų fizinio atsako į skirtingus aplinkos stimulus.

Vidiniai puslaidininkiai

Ar tie elementai, kurių molekulinė struktūra yra sudaryta iš vieno tipo atomo. Tarp šio tipo vidinių puslaidininkių yra silikono ir germanio.

Vidinių puslaidininkių molekulinė struktūra yra tetraedrinė; tai reiškia, kad jis turi kovalentinius ryšius tarp keturių aplinkinių atomų, kaip parodyta žemiau esančiame paveikslėlyje.

Kiekvienas vidinio puslaidininkio atomas turi 4 valentinius elektronus; tai yra, keturi elektronai, besisukantys išoriniame kiekvieno atomo sluoksnyje. Savo ruožtu, kiekvienas iš šių elektronų sudaro ryšius su gretimais elektronais.

Tokiu būdu kiekvienas atomas turi 8 elektronus labiausiai paviršutiniame sluoksnyje, kuris sudaro tvirtą sąryšį tarp elektronų ir atomų, sudarančių kristalų groteles.

Dėl šios konfigūracijos elektronai nėra lengvai judantys struktūroje. Taigi, esant standartinėms sąlygoms, vidiniai puslaidininkiai elgiasi kaip izoliatorius.

Tačiau vidinio puslaidininkio laidumas didėja, kai temperatūra didėja, nes kai kurie valentiniai elektronai sugeria šilumą ir atskiria nuo ryšių.

Šie elektronai tampa laisvaisiais elektronais ir, jei jie tinkamai sprendžiami dėl elektrinio potencialo skirtumo, jie gali prisidėti prie srovės cirkuliacijos kristalinėje grotelėje..

Šiuo atveju laisvieji elektronai pereina prie laidumo juostos ir eina į galimo šaltinio teigiamą polių (pvz., Bateriją)..

Valentų elektronų judėjimas sukelia molekulinės struktūros vakuumą, kuris yra panašus į efektą, kuris sukurtų teigiamą krūvį sistemoje, todėl jie laikomi teigiamo krūvio nešikliais..

Tada vyksta atvirkštinis efektas, nes kai kurie elektronai gali nukristi nuo laidumo juostos iki valentinio sluoksnio, atleidžiančio energiją procese, kuris gauna rekombinacijos pavadinimą.

Išoriniai puslaidininkiai

Jos atitinka vidines dirvožemio priemaišas; tai yra, įtraukiant trivalentius arba penkiakampius elementus.

Šis procesas vadinamas dopingu ir juo siekiama padidinti medžiagų laidumą, pagerinti jų fizines ir elektrines savybes.

Pakeitus vidinį puslaidininkinį atomą kito komponento atomai, galima gauti dviejų tipų išorinius puslaidininkius, kurie yra išsamiai aprašyti toliau.

Puslaidininkinis P tipas

Šiuo atveju priemaiša yra trivalentis puslaidininkinis elementas; tai yra, trys (3) elektronai savo valentiniame korpuse.

Įsibrovę elementai struktūroje vadinami dopingo elementais. Šių P tipo puslaidininkių elementų pavyzdžiai yra boras (B), galliumas (Ga) arba indiumas (In)..

Nesant valentinio elektrono, kuris sudarytų keturias kovalentines vidinio puslaidininkio jungtis, P tipo puslaidininkis turi trūkstamos grandinės atotrūkį.

Dėl to elektroninių, kurie nepriklauso kristaliniam tinklui, praėjimas per šią teigiamą įkrovos laikiklį.

Dėl teigiamo jungties tarpo įkrovimo šio tipo laidininkai vadinami raidėmis "P", todėl jie yra pripažįstami elektronų priėmėjais..

Elektronų srautas per jungties tarpas sukuria elektrinę srovę, kuri teka priešinga kryptimi, nei srovė, gaunama iš laisvųjų elektronų.

N puslaidininkinis tipas

Konfigūracijos įsibrovimo elementą pateikia penkiakampiai elementai; tai yra tie, kurie valentų juostoje turi penkis (5) elektronus.

Tokiu atveju priemaišos, kurios yra įterptos į vidinį puslaidininkį, yra tokie elementai kaip fosforas (P), antimonas (Sb) arba arsenas (As)..

Dopantai turi papildomą valentinį elektroną, kuris, nesant kovalentinės jungties prisijungti, automatiškai gali laisvai judėti per kristalinį tinklą.

Čia elektrinė srovė cirkuliuoja per medžiagą dėl laisvo elektronų, kuriuos suteikia dopantas, perteklius. Todėl N tipo puslaidininkiai laikomi elektronų donorais.

Savybės

Puslaidininkiams būdingas dvigubas funkcionalumas, energijos vartojimo efektyvumas, programų įvairovė ir mažos kainos. Toliau pateikiamos išskirtinės puslaidininkių charakteristikos.

- Jo atsakas (laidininkas arba izoliatorius) gali skirtis priklausomai nuo elemento jautrumo apšvietimui, elektriniams laukams ir aplinkos magnetiniams laukams..

- Jei puslaidininkiui yra taikoma žema temperatūra, elektronai bus laikomi kartu valentų juostoje, todėl nėra laisvų elektronų elektros srovės cirkuliacijai. 

Priešingai, jei puslaidininkiai yra veikiami aukštoje temperatūroje, šiluminė vibracija gali paveikti elementų atomų kovalentinių ryšių stiprumą, paliekant laisvus elektronus elektros laidumui..

- Puslaidininkių laidumas kinta priklausomai nuo priemaišų ar dopingo elementų dalies vidiniame puslaidininkyje.

Pavyzdžiui, jei į milijoną silicio atomų yra įtraukti 10 boro atomų, šis santykis padidina junginio laidumą tūkstantį kartų, lyginant su gryno silicio laidumu..

- Puslaidininkių laidumas kinta nuo 1 iki 10-6 S.cm-1, priklausomai nuo naudojamo cheminio elemento tipo.

- Sudėtiniai arba išoriniai puslaidininkiai gali turėti optines ir elektrines savybes, gerokai aukštesnes nei vidinių puslaidininkių savybės. Šio aspekto pavyzdys yra galio arsenidas (GaAs), daugiausia naudojamas radijo dažniuose ir kitose optoelektroninių taikymų reikmėms..

Programos

Puslaidininkiai yra plačiai naudojami kaip žaliava elektroninių elementų, kurie yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis, pavyzdžiui, integriniai grandynai.

Vienas pagrindinių integruoto grandinės elementų yra tranzistoriai. Šie įrenginiai atlieka išėjimo signalo (svyruojančio, sustiprinto ar ištaisyto) funkciją pagal konkretų įvesties signalą.

Be to, puslaidininkiai taip pat yra pagrindinė diodų, naudojamų elektroninėse grandinėse, medžiaga, leidžianti elektros srovę eiti tik viena kryptimi.

Diodų projektavimui yra suformuoti P tipo ir N tipo išoriniai puslaidininkiniai sujungimai, kintantys nešiojamieji elementai ir elektronų donorai, įjungiamas abiejų zonų pusiausvyros mechanizmas..

Taigi, elektronai ir skylės abiejose zonose susikerta ir prireikus papildo vienas kitą. Tai įvyksta dviem būdais:

- Elektronų perkėlimas iš N tipo zonos į P zoną N-tipo zona gauna daugiausia teigiamą pakrovimo zoną.

- Pateikiama elektroninių nešiklių perėjimas iš P tipo zonos į N tipo zoną, o P tipo zona įgyja daugiausia neigiamą krūvį.

Galiausiai sukuriamas elektrinis laukas, kuris sužadina srovės cirkuliaciją tik viena kryptimi; tai yra nuo N zonos iki P zonos.

Be to, naudojant vidinių ir išorinių puslaidininkių derinius galima gaminti įrenginius, kurie atlieka panašias funkcijas kaip ir vakuuminis vamzdis, kuriame yra šimtai kartų talpa..

Šis taikymas taikomas integriniams grandynams, pvz., Mikroprocesoriniams lustams, kurie apima daug elektros energijos.

Puslaidininkiai yra elektroniniuose prietaisuose, kuriuos naudojame mūsų kasdieniame gyvenime, pvz., Rudos linijos įranga, pvz., Televizoriai, vaizdo grotuvai, garso įranga; kompiuteriai ir mobilieji telefonai.

Pavyzdžiai

Elektronikos pramonėje dažniausiai naudojamas puslaidininkis yra silicis (Si). Ši medžiaga yra įrenginiuose, sudarančiuose integruotus grandynus, kurie yra mūsų kasdienių dalių dalis.

Vokiumio ir silicio lydiniai (SiGe) naudojami didelės spartos integriniuose grandynuose, skirtuose elektrinių instrumentų radarams ir stiprintuvams, pvz., Elektrinėms gitaroms.

Kitas puslaidininkių pavyzdys yra galio arsenidas (GaAs), plačiai naudojamas signalų stiprintuvuose, ypač signalai su dideliu stiprumu ir žemu triukšmo lygiu.

Nuorodos

  1. Brian, M. (s.f.) Kaip veikia puslaidininkiai. Gauta iš: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Vidiniai ir išoriniai puslaidininkiai. Gauta iš: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Puslaidininkiai. Gauta iš: whatis.techtarget.com
  4. Puslaidininkiai (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londonas, Jungtinė Karalystė. Gauta iš: britannica.com
  5. Kas yra puslaidininkiai? (s.f.). © „Hitachi High-Technologies Corporation“. Gauta iš: hitachi-hightech.com
  6. Vikipedija, „Laisvas enciklopedija“ (2018). Puslaidininkiai. Gauta iš: en.wikipedia.org