Kolekcje

Co to jest półprzewodnik

Co to jest półprzewodnik


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Półprzewodniki i technologia półprzewodników stanowią obecnie podstawę większości przemysłu elektronicznego. Tranzystory, diody, układy scalone i wiele innych urządzeń mają wspólną technologię półprzewodnikową. W wyniku ogromnej elastyczności, jaką zapewnia technologia półprzewodnikowa, umożliwiła elektronice przejęcie wielu dziedzin życia codziennego, których jeszcze pięćdziesiąt lat temu nie można było sobie wyobrazić.

Przewodniki i nieprzewodniki

Prąd elektryczny występuje, gdy następuje przepływ elektronów w określonym kierunku. Ponieważ elektrony mają ładunek ujemny, ich ruch oznacza, że ​​ładunek przepływa z jednego punktu do drugiego i tym jest prąd elektryczny.

Aby prąd mógł płynąć, elektrony muszą mieć możliwość swobodnego poruszania się w materiale. W niektórych materiałach elektrony poruszają się swobodnie po sieci, chociaż liczba elektronów i dostępne dla nich przestrzenie równoważą się, więc sam materiał nie przenosi ładunku. W tych materiałach elektrony poruszają się swobodnie, ale losowo. Umieszczając różnicę potencjałów w poprzek przewodnika, elektrony mogą dryfować w jednym kierunku, co tworzy prąd elektryczny. Wiele materiałów jest w stanie przewodzić prąd, ale najczęstszymi przykładami są metale.

W przeciwieństwie do metali istnieje wiele innych materiałów, w których wszystkie elektrony są mocno związane ze swoimi cząsteczkami macierzystymi i nie mogą się swobodnie poruszać. W związku z tym, gdy potencjał zostanie umieszczony w substancji, bardzo niewiele elektronów będzie w stanie się poruszać, a przepływ prądu będzie niewielki lub żaden. Substancje te nazywane są nieprzewodzącymi lub izolatorami. Obejmują większość tworzyw sztucznych, ceramikę i wiele naturalnie występujących substancji, takich jak drewno.

Półprzewodniki

Półprzewodniki nie należą ani do kategorii przewodników, ani do kategorii nieprzewodników. Zamiast tego znajdują się pomiędzy. Do tej kategorii zalicza się różnorodne materiały, w tym krzem, german, arsenek galu i wiele innych substancji.

W stanie czystym krzem jest izolatorem bez wolnych elektronów w sieci krystalicznej. Jednak aby zrozumieć, jak działa jako półprzewodnik, najpierw przyjrzyj się strukturze atomowej krzemu w stanie czystym. Każda cząsteczka w sieci krystalicznej składa się z jądra z trzema pierścieniami lub orbitami zawierającymi elektrony, a każdy elektron ma ładunek ujemny. Jądro składa się z neutronów, które są neutralne i nie mają ładunku, oraz protonów, które mają ładunek dodatni. W atomie jest taka sama liczba protonów i elektronów, więc cały atom nie ma całkowitego ładunku.

Elektrony w krzemie, podobnie jak w każdym innym elemencie, są ułożone w pierścienie o ściśle określonej liczbie elektronów na każdej orbicie. Pierwszy pierścień może zawierać tylko dwa, a drugi osiem. Trzeci i zewnętrzny pierścień krzemu ma cztery. Elektrony w zewnętrznej powłoce są wspólne z elektronami z sąsiednich atomów, tworząc sieć krystaliczną. Kiedy tak się dzieje, w sieci nie ma wolnych elektronów, co czyni krzem dobrym izolatorem. Podobny obraz można zobaczyć dla germanu. Ma dwa elektrony na najbardziej wewnętrznej orbicie, osiem na następnej, 18 na trzeciej i cztery na zewnętrznej. Ponownie dzieli swoje elektrony z elektronami z sąsiednich atomów, aby utworzyć sieć krystaliczną bez żadnych wolnych elektronów.

Zanieczyszczenia

Aby zrobić z krzemu lub innego półprzewodnika materiał częściowo przewodzący, konieczne jest dodanie do materiału bardzo małej ilości zanieczyszczeń. To znacznie zmienia właściwości.

Jeśli zostaną dodane ślady zanieczyszczeń materiałów mających pięć elektronów w zewnętrznym pierścieniu ich atomów, dostaną się one do sieci krystalicznej dzieląc elektrony z krzemem. Jednak ponieważ mają jeden dodatkowy elektron w pierścieniu zewnętrznym, jeden elektron może swobodnie poruszać się po sieci. Umożliwia to przepływ prądu, jeśli w materiale zostanie przyłożony potencjał. Ponieważ ten rodzaj materiału ma nadwyżkę elektronów w sieci, jest znany jako półprzewodnik typu N. Typowe zanieczyszczenia, które są często używane do tworzenia półprzewodników typu N, to fosfor i arsen.

Możliwe jest również umieszczenie w sieci krystalicznej elementów z tylko trzema elektronami w zewnętrznej powłoce. Kiedy tak się dzieje, krzem chce podzielić swoje cztery elektrony z innym atomem mającym cztery atomy. Ponieważ jednak zanieczyszczenie ma tylko trzy, jest miejsce lub dziura na inny elektron. Ponieważ tego typu materiał ma brakujące elektrony, jest znany jako materiał typu P. Typowe zanieczyszczenia stosowane w przypadku materiału typu P to bor i aluminium.

Dziury

Łatwo jest zobaczyć, jak elektrony mogą poruszać się po sieci i przenosić prąd. Jednak w przypadku dziur nie jest to takie oczywiste. Dzieje się tak, gdy elektron z całej orbity porusza się, aby wypełnić dziurę, pozostawiając dziurę, z której pochodzi. Kolejny elektron z innej orbity może wtedy wejść, aby wypełnić nową dziurę i tak dalej. Ruch dziur w jednym kierunku odpowiada ruchowi elektronów w drugim, stąd prąd elektryczny.

Z tego widać, że elektrony lub dziury mogą przenosić ładunek lub prąd elektryczny. W rezultacie są one znane jako nośniki ładunku, dziury są nośnikami ładunku dla półprzewodnika typu P i elektronów dla półprzewodnika typu N.

Podsumowanie

Zasada działania półprzewodników może wydawać się dość prosta. Jednak minęło wiele lat, zanim można było wykorzystać wiele z jego właściwości i wiele innych, zanim można było je udoskonalić. Obecnie wiele procesów stosowanych z półprzewodnikami zostało wysoce zoptymalizowanych, a komponenty, takie jak układy scalone, są bardzo wyrafinowane. Jednak opierają się one na fakcie, że różne obszary półprzewodnika mogą być domieszkowane w celu wytworzenia półprzewodników typu P i typu N.

Lista popularnych terminów półprzewodnikowych

  • Nośnik opłat - Nośnik ładunku to wolna wolna (ruchoma, niezwiązana) cząstka przenosząca ładunek elektryczny, np. elektron lub dziura.
  • Konduktor - Materiał, w którym elektrony mogą się swobodnie poruszać, a elektryczność może przepływać.
  • Elektron - Subatomowa cząstka o ładunku ujemnym.
  • Otwór - Brak elektronu walencyjnego w krysztale półprzewodnikowym. Ruch dziury jest równoważny ruchowi ładunku dodatniego, czyli przeciwny do ruchu elektronu.
  • Izolator - Materiał, w którym nie ma wolnych elektronów przenoszących elektryczność.
  • Większość przewoźników - Nośniki prądu, wolne elektrony lub dziury, których jest nadmiar, tj. W większości w określonym obszarze materiału półprzewodnikowego. Elektrony to większość nośników w półprzewodniku typu N i dziury w obszarze typu P.
  • Nośnik mniejszości - Obecne nośniki, albo wolne elektrony, albo dziury, które są mniejszością w określonym obszarze materiału półprzewodnikowego
  • Typ N. - Obszar półprzewodnika, w którym występuje nadmiar elektronów.
  • Typ P. - Obszar półprzewodnika, w którym występuje nadmiar dziur.
  • Półprzewodnik - Materiał, który nie jest ani izolatorem, ani pełnym przewodnikiem, który ma pośredni poziom przewodnictwa elektrycznego iw którym przewodzenie odbywa się za pomocą dziur i elektronów.


Obejrzyj wideo: Diody Schottkyego RS Elektronika #91 (Może 2022).