Typy półprzewodników, zastosowania i przykłady



The półprzewodniki są to elementy, które selektywnie pełnią funkcję przewodników lub izolatorów, w zależności od warunków zewnętrznych, którym podlegają, takich jak temperatura, ciśnienie, promieniowanie i pola magnetyczne lub elektryczne.

W układzie okresowym występują 14 elementów półprzewodnikowych, w tym krzem, german, selen, kadm, glin, gal, bor, ind i węgiel. Półprzewodniki są krystalicznymi ciałami stałymi o średniej przewodności elektrycznej, więc można je stosować w podwójny sposób jako przewodnik i izolator.

Jeśli są używane jako przewodniki, w pewnych warunkach warunki umożliwiają cyrkulację prądu elektrycznego, ale tylko w jednym kierunku. Ponadto nie mają tak wysokiej przewodności jak metale przewodzące.

Półprzewodniki są stosowane w zastosowaniach elektronicznych, zwłaszcza do produkcji elementów takich jak tranzystory, diody i układy scalone. Są one również używane jako akcesoria lub akcesoria do czujników optycznych, takich jak lasery na ciele stałym i niektóre urządzenia zasilające do systemów transmisji energii elektrycznej..

Obecnie tego typu elementy są wykorzystywane do rozwoju technologicznego w dziedzinie telekomunikacji, systemów sterowania i przetwarzania sygnałów, zarówno w zastosowaniach domowych, jak i przemysłowych.

Indeks

  • 1 Rodzaje
    • 1.1 Półprzewodniki wewnętrzne
    • 1.2 Zewnętrzne półprzewodniki
  • 2 Charakterystyka
  • 3 aplikacje
  • 4 Przykłady
  • 5 referencji

Typy

Istnieją różne rodzaje materiałów półprzewodnikowych, w zależności od obecnych zanieczyszczeń i ich fizycznej reakcji na różne bodźce środowiskowe.

Półprzewodniki wewnętrzne

Czy są to elementy, których struktura molekularna składa się z pojedynczego typu atomu. Wśród tego typu półprzewodników wewnętrznych jest silico i german.

Struktura molekularna półprzewodników wewnętrznych jest czworościenna; to znaczy, ma wiązania kowalencyjne między czterema otaczającymi atomami, jak pokazano na poniższym obrazku.

Każdy atom wewnętrznego półprzewodnika ma 4 elektrony walencyjne; to znaczy 4 elektrony krążące w zewnętrznej warstwie każdego atomu. Z kolei każdy z tych elektronów tworzy wiązania z sąsiednimi elektronami.

W ten sposób każdy atom ma 8 elektronów w swojej najbardziej powierzchownej warstwie, która tworzy solidne połączenie między elektronami a atomami tworzącymi sieć krystaliczną.

Z powodu tej konfiguracji elektrony nie poruszają się łatwo w strukturze. Tak więc, w standardowych warunkach, wewnętrzne półprzewodniki zachowują się jak izolator.

Jednakże przewodnictwo wewnętrznego półprzewodnika wzrasta, gdy temperatura wzrasta, ponieważ niektóre elektrony walencyjne pochłaniają energię cieplną i oddzielają się od wiązań.

Te elektrony stają się elektronami swobodnymi i jeśli zostaną odpowiednio uwzględnione przez różnicę potencjału elektrycznego, mogą przyczynić się do cyrkulacji prądu w sieci krystalicznej.

W tym przypadku wolne elektrony przeskakują do pasma przewodnictwa i idą do bieguna dodatniego potencjalnego źródła (na przykład baterii).

Ruch elektronów walencyjnych indukuje próżnię w strukturze molekularnej, co przekłada się na efekt podobny do tego, który powodowałby ładunek dodatni w systemie, więc są one uważane za nośniki ładunku dodatniego.

Następnie następuje efekt odwrotny, ponieważ niektóre elektrony mogą spaść z pasma przewodnictwa, aż warstwa walencyjna uwolni energię w procesie, który otrzymuje nazwę rekombinacji.

Półprzewodniki zewnętrzne

Dopasowują się poprzez włączenie zanieczyszczeń do wewnętrznych przewodników; to znaczy poprzez włączenie elementów trójwartościowych lub pięciowartościowych.

Proces ten jest znany jako domieszkowanie i ma na celu zwiększenie przewodności materiałów, aby poprawić ich właściwości fizyczne i elektryczne.

Zastępując wewnętrzny atom półprzewodnika atomem innego składnika, można uzyskać dwa typy zewnętrznych półprzewodników, które są szczegółowo opisane poniżej.

Półprzewodnik typu P

W tym przypadku zanieczyszczenie jest trójwartościowym elementem półprzewodnikowym; to znaczy z trzema (3) elektronami w powłoce walencyjnej.

Elementy natrętne w strukturze nazywane są elementami dopingowymi. Przykładami tych elementów dla półprzewodników typu P są bor (B), gal (Ga) lub ind (In).

Brak elektronu walencyjnego do utworzenia czterech wiązań kowalencyjnych wewnętrznego półprzewodnika, półprzewodnik typu P ma lukę w brakującym ogniwie.

To sprawia, że ​​przejście elektronów, które nie należą do sieci krystalicznej, przez ten otwór nośnika ładunku dodatniego.

Ze względu na dodatni ładunek przerwy w łączu, ten typ przewodów nazywany jest literą „P”, a zatem są one rozpoznawane jako akceptory elektronów.

Przepływ elektronów przez szczeliny wiązania wytwarza prąd elektryczny, który płynie w kierunku przeciwnym do prądu pochodzącego z wolnych elektronów.

Półprzewodnik typu N

Element natrętny w konfiguracji jest podawany przez elementy pięciowartościowe; to znaczy te, które mają pięć (5) elektronów w paśmie walencyjnym.

W tym przypadku zanieczyszczenia, które są włączone do wewnętrznego półprzewodnika, to elementy takie jak fosfor (P), antymon (Sb) lub arsen (As).

Domieszki mają dodatkowy elektron walencyjny, który, nie mając połączenia kowalencyjnego do połączenia, jest automatycznie wolny do poruszania się przez sieć krystaliczną.

Tutaj prąd elektryczny krąży w materiale dzięki nadwyżce wolnych elektronów dostarczanych przez domieszkę. Dlatego półprzewodniki typu N są uważane za donory elektronów.

Funkcje

Półprzewodniki charakteryzują się podwójną funkcjonalnością, energooszczędnością, różnorodnością zastosowań i niskim kosztem. Najbardziej wyróżniające się cechy półprzewodników opisano poniżej.

- Jego odpowiedź (przewodnik lub izolator) może się różnić w zależności od wrażliwości elementu na oświetlenie, pola elektryczne i pola magnetyczne środowiska.

- Jeśli półprzewodnik zostanie poddany niskiej temperaturze, elektrony będą utrzymywane razem w paśmie walencyjnym, a zatem nie powstają wolne elektrony do cyrkulacji prądu elektrycznego. 

W przeciwieństwie do tego, jeśli półprzewodnik jest wystawiony na działanie wysokich temperatur, wibracje termiczne mogą wpływać na siłę wiązań kowalencyjnych atomów pierwiastka, pozostawiając wolne elektrony do przewodzenia elektrycznego..

- Przewodność półprzewodników zmienia się w zależności od proporcji zanieczyszczeń lub elementów domieszkujących wewnątrz półprzewodnika wewnętrznego.

Na przykład, jeśli w milionie atomów krzemu znajduje się 10 atomów boru, stosunek ten zwiększa przewodność związku tysiąc razy, w porównaniu z przewodnością czystego krzemu..

- Przewodność półprzewodników waha się w zakresie od 1 do 10-6 S.cm-1, w zależności od rodzaju użytego pierwiastka chemicznego.

- Półprzewodniki złożone lub zewnętrzne mogą mieć właściwości optyczne i elektryczne znacznie lepsze od właściwości półprzewodników samoistnych Przykładem tego aspektu jest arsenek galu (GaAs), stosowany głównie w częstotliwościach radiowych i innych zastosowaniach optoelektronicznych..

Aplikacje

Półprzewodniki są szeroko stosowane jako surowiec w montażu elementów elektronicznych, które są częścią naszego codziennego życia, takich jak układy scalone.

Jednym z głównych elementów układu scalonego są tranzystory. Urządzenia te spełniają funkcję dostarczania sygnału wyjściowego (oscylacyjnego, wzmacnianego lub prostowanego) zgodnie z określonym sygnałem wejściowym.

Ponadto półprzewodniki są również podstawowym materiałem diod używanych w obwodach elektronicznych, aby umożliwić przepływ prądu elektrycznego tylko w jednym kierunku.

Przy projektowaniu diod powstają zewnętrzne złącza półprzewodnikowe typu P i N. Poprzez naprzemienne elementy nośne i donory elektronów aktywowany jest mechanizm równowagi między obiema strefami..

W ten sposób elektrony i dziury w obu strefach przecinają się i uzupełniają w razie potrzeby. Dzieje się to na dwa sposoby:

- Następuje przeniesienie elektronów ze strefy typu N do strefy P. Strefa typu N uzyskuje głównie strefę dodatniego obciążenia.

- Przedstawiono przejście otworów przenoszących elektrony ze strefy typu P do strefy typu N. Strefa typu P uzyskuje przeważnie ładunek ujemny.

W końcu powstaje pole elektryczne, które indukuje cyrkulację prądu tylko w jednym kierunku; to znaczy, ze strefy N do strefy P.

Ponadto zastosowanie kombinacji półprzewodników wewnętrznych i zewnętrznych może wytwarzać urządzenia, które spełniają funkcje podobne do lampy próżniowej, która zawiera setki razy jej objętość.

Tego typu zastosowania dotyczą układów scalonych, takich jak mikroprocesory, które pokrywają znaczną ilość energii elektrycznej.

Półprzewodniki są obecne w urządzeniach elektronicznych, z których korzystamy w naszym codziennym życiu, takich jak urządzenia z brązową linią, takie jak telewizory, odtwarzacze wideo, sprzęt dźwiękowy; komputery i telefony komórkowe.

Przykłady

Najczęściej stosowanym półprzewodnikiem w przemyśle elektronicznym jest krzem (Si). Ten materiał jest obecny w urządzeniach, które tworzą układy scalone, które są częścią naszego dnia na dzień.

Stopy germanu i krzemu (SiGe) są stosowane w szybkich układach scalonych radarów i wzmacniaczy instrumentów elektrycznych, takich jak gitary elektryczne.

Innym przykładem półprzewodnika jest arsenek galu (GaAs), szeroko stosowany w wzmacniaczach sygnałów, zwłaszcza w sygnały o wysokim wzmocnieniu i niskim poziomie szumu.

Referencje

  1. Brian, M. (s.f.) Jak działają półprzewodniki. Źródło: elektronika.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Półprzewodniki wewnętrzne i zewnętrzne. Źródło: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Półprzewodnik. Źródło: whatis.techtarget.com
  4. Półprzewodnik (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londyn, Wielka Brytania. Źródło: britannica.com
  5. Czym są półprzewodniki? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Źródło: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Półprzewodnik. Źródło: en.wikipedia.org