Polovodiče Typy, aplikácie a príklady



polovodič sú to prvky, ktoré selektívne vykonávajú funkciu vodičov alebo izolátorov v závislosti od vonkajších podmienok, ktorým sú vystavené, ako sú teplota, tlak, žiarenie a magnetické alebo elektrické polia.

V periodickej tabuľke sú prítomné 14 polovodičových prvkov, medzi ktorými je kremík, germánium, selén, kadmium, hliník, gálium, bór, indium a uhlík. Polovodiče sú kryštalické pevné látky so strednou elektrickou vodivosťou, takže môžu byť použité dvojakým spôsobom ako vodič a izolátor..

Ak sa používajú ako vodiče, za určitých podmienok umožňujú cirkuláciu elektrického prúdu, ale iba v jednom smere. Tiež nemajú vodivosť tak vysokú ako vodivosť kovov.

Polovodiče sa používajú v elektronických aplikáciách, najmä na výrobu komponentov, ako sú tranzistory, diódy a integrované obvody. Používajú sa aj ako príslušenstvo alebo príslušenstvo pre optické snímače, ako sú pevné polovodičové lasery, a niektoré napájacie zariadenia pre systémy prenosu elektrickej energie..

V súčasnosti sa tento typ prvkov využíva na technologický rozvoj v oblasti telekomunikácií, riadiacich systémov a spracovania signálov, a to tak v domácich, ako aj priemyselných aplikáciách..

index

  • 1 Typy
    • 1.1 Vnútorné polovodiče
    • 1.2 Vonkajšie polovodiče
  • 2 Charakteristiky
  • 3 Aplikácie
  • 4 Príklady
  • 5 Referencie

typ

Existujú rôzne typy polovodičových materiálov, v závislosti od prítomnosti nečistôt a ich fyzickej odozvy na rôzne environmentálne podnety.

Vnútorné polovodiče

Sú to prvky, ktorých molekulová štruktúra je tvorená jedným typom atómu. Medzi tieto typy vnútorných polovodičov patrí silikón a germánium.

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

Každý atóm vnútorného polovodiča má 4 valenčné elektróny; 4 elektróny obiehajúce v najvzdialenejšej vrstve každého atómu. Každý z týchto elektrónov vytvára väzby so susednými elektrónmi.

Týmto spôsobom má každý atóm vo svojej povrchovej vrstve 8 elektrónov, ktoré tvoria pevné spojenie medzi elektrónmi a atómami, ktoré tvoria kryštálovú mriežku..

Kvôli tejto konfigurácii sa elektróny v štruktúre nepohybujú ľahko. Za normálnych podmienok sa teda vnútorné polovodiče správajú ako izolátor.

Avšak vodivosť vlastného polovodiča stúpa vždy, keď sa teplota zvýši, pretože niektoré valenčné elektróny absorbujú tepelnú energiu a oddelene od väzieb.

Tieto elektróny sa stávajú voľnými elektrónmi a ak sú správne riešené rozdielom v elektrickom potenciáli, môžu prispieť k cirkulácii prúdu v kryštalickej mriežke..

V tomto prípade voľné elektróny preskočia na vodivý pás a prejdú na kladný pól potenciálneho zdroja (napríklad batériu).

Pohyb valenčných elektrónov indukuje vákuum v molekulárnej štruktúre, čo sa premieta do podobného efektu, ktorý by v systéme vyvolával pozitívny náboj, takže sa považujú za nosiče pozitívneho náboja.

Potom dochádza k inverznému efektu, pretože niektoré elektróny môžu padať z pásma vodivosti, až kým valenčná vrstva neuvoľní energiu v procese, ktorý prijíma názov rekombinácie.

Vonkajšie polovodiče

Sú v súlade so zahrnutím nečistôt do vnútorných vodičov; to znamená začlenením trivalentných alebo päťmocných prvkov.

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

Nahradením atómu inej zložky vnútorným atómom polovodičov sa môžu získať dva typy vonkajších polovodičov, ktoré sú podrobne opísané nižšie..

Polovodičový typ P

V tomto prípade je nečistota trivalentný polovodičový prvok; to znamená s tromi (3) elektrónmi v jeho valenčnom puzdre.

Intrusívne prvky vo vnútri štruktúry sa nazývajú dopingové prvky. Príklady týchto prvkov pre polovodiče typu P sú bór (B), gália (Ga) alebo indium (In).

Chýbajúci valenčný elektrón, ktorý tvorí štyri kovalentné väzby vnútorného polovodiča, polovodič typu P má medzeru v chýbajúcom článku..

To robí priechod elektrónov, ktoré nepatria do kryštalickej siete, cez tento otvor pre kladný náboj náboja.

V dôsledku kladného náboja medzery spoja sa tento typ vodičov nazýva písmenom "P" a následne sa uznáva ako akceptor elektrónov.

Prúd elektrónov cez medzery väzby vytvára elektrický prúd, ktorý prúdi v opačnom smere, ako je prúd odvodený z voľných elektrónov..

Polovodičový typ N

Intruzívny prvok v konfigurácii je daný pentavalentnými prvkami; to znamená tie, ktoré majú päť (5) elektrónov vo valenčnom pásme.

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

Dopanty majú extra valenčný elektrón, ktorý tým, že nemá kovalentnú väzbu na spojenie, je automaticky voľný na pohyb v kryštalickej sieti.

Elektrický prúd cirkuluje materiálom vďaka prebytku voľných elektrónov dopantom. Preto sú polovodiče typu N považované za donory elektrónov.

rysy

Polovodiče sa vyznačujú dvojitou funkčnosťou, energetickou účinnosťou, rôznorodosťou aplikácií a nízkymi nákladmi. Najvýraznejšie charakteristiky polovodičov sú uvedené nižšie.

- Jeho odozva (vodič alebo izolátor) sa môže líšiť v závislosti od citlivosti prvku na osvetlenie, elektrické polia a magnetické polia prostredia..

- Ak je polovodič vystavený nízkej teplote, elektróny budú držané pohromade vo valenčnom pásme a preto nevzniknú žiadne voľné elektróny pre cirkuláciu elektrického prúdu.. 

Naproti tomu, ak je polovodič vystavený vysokým teplotám, tepelné vibrácie môžu ovplyvniť silu kovalentných väzieb atómov elementov, pričom ponechávajú voľné elektróny na elektrické vedenie..

- Vodivosť polovodičov sa mení v závislosti od podielu nečistôt alebo dopingových prvkov vo vnútri polovodiča..

Napríklad, ak je v miliónoch atómov kremíka zahrnutých 10 atómov bóru, tento pomer zvyšuje vodivosť zlúčeniny tisíckrát v porovnaní s vodivosťou čistého kremíka..

- Vodivosť polovodičov sa mení v rozsahu medzi 1 a 10-6 S.cm-1, v závislosti od typu použitého chemického prvku.

- Zložené alebo vonkajšie polovodiče môžu mať optické a elektrické vlastnosti podstatne lepšie ako vlastnosti vnútorných polovodičov, napríklad arzenid gália (GaAs), ktorý sa používa prevažne v rádiofrekvenčných a iných aplikáciách optoelektronických aplikácií..

aplikácie

Polovodiče sú široko používané ako surovina pri montáži elektronických prvkov, ktoré sú súčasťou nášho každodenného života, ako sú integrované obvody.

Jedným z hlavných prvkov integrovaného obvodu sú tranzistory. Tieto zariadenia plnia funkciu poskytovania výstupného signálu (oscilačný, zosilnený alebo usmernený) podľa špecifického vstupného signálu.

Okrem toho, polovodiče sú tiež primárnym materiálom diód používaných v elektronických obvodoch na umožnenie prechodu elektrického prúdu len v jednom smere..

Na konštrukciu diód sa vytvárajú vonkajšie polovodičové spoje typu P a typu N. Striedaním nosných prvkov a donorov elektrónov sa aktivuje vyrovnávací mechanizmus medzi oboma zónami..

Elektrony a diery v oboch zónach sa v prípade potreby pretínajú a dopĺňajú. To sa deje dvoma spôsobmi:

- Dochádza k prenosu elektrónov zo zóny typu N do zóny P. Zóna typu N získa prevažne kladnú zónu zaťaženia.

- Prezentuje sa priechod otvorov pre elektróny z oblasti typu P do zóny typu N. Zóna typu P získava prevažne záporný náboj.

Nakoniec sa vytvorí elektrické pole, ktoré indukuje cirkuláciu prúdu len jedným smerom; to znamená od zóny N do zóny P.

Okrem toho, pri použití kombinácií vnútorných a vonkajších polovodičov sa môžu vyrábať zariadenia, ktoré vykonávajú funkcie podobné vákuovej trubici, ktorá obsahuje stokrát objem..

Tento typ použitia sa vzťahuje na integrované obvody, ako sú mikroprocesorové čipy, ktoré pokrývajú značné množstvo elektrickej energie.

Polovodiče sú prítomné v elektronických zariadeniach, ktoré používame v našom každodennom živote, ako sú zariadenia na výrobu hnedých liniek, ako sú televízory, prehrávače videa, zvukové zariadenia; počítačov a mobilných telefónov.

Príklady

Najčastejšie používaným polovodičom v elektronickom priemysle je kremík (Si). Tento materiál je prítomný v zariadeniach, ktoré tvoria integrované obvody, ktoré sú súčasťou nášho každodenného života.

Germanium a zliatiny kremíka (SiGe) sa používajú vo vysokorýchlostných integrovaných obvodoch pre radary a zosilňovače elektrických nástrojov, ako sú elektrické gitary.

Ďalším príkladom polovodiča je arzenid gália (GaAs), ktorý sa široko používa v signálových zosilňovačoch, konkrétne signály s vysokým ziskom a nízkou úrovňou šumu..

referencie

  1. Brian, M. (s.f.) Ako fungujú polovodiče. Zdroj: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Vnútorné a vonkajšie polovodiče. Zdroj: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Zdroj: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londýn, Spojené kráľovstvo. Zdroj: britannica.com
  5. Čo sú polovodiče? (N. D.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Zdroj: hitachi-hightech.com
  6. Wikipédia, Voľná ​​encyklopédia (2018). Semiconductor. Zdroj: en.wikipedia.org