PUSLAIDININKIAI: TIPAI, TAIKYMO BŪDAI IR PAVYZDŽIAI - DUDAS - 2025

Kad puslaidininkiai yra elementų, kurie atlieka selektyviai laidžias arba izoliacinio, priklausomai nuo išorinių sąlygų, prie kurio jie yra atidžiai tikrinami, tokių kaip temperatūra, slėgis, radiacija ir elektrinių arba magnetinių laukų funkciją.

Periodinėje lentelėje yra 14 puslaidininkių elementų, iš kurių išsiskiria silicis, germanis, selenas, kadmis, aliuminis, galis, boras, indis ir anglis. Puslaidininkiai yra kristalinės kietos medžiagos, turinčios vidutinį elektros laidumą, todėl jas galima naudoti dvigubai kaip laidininką ir izoliatorių.

Jei jie naudojami kaip laidininkai, tam tikromis sąlygomis jie leidžia cirkuliuoti elektros srovei, bet tik viena kryptimi. Be to, jie neturi tokio aukšto laidumo kaip laidžieji metalai.

Puslaidininkiai naudojami elektroninėse programose, ypač gaminant komponentus, tokius kaip tranzistoriai, diodai ir integriniai grandynai. Jie taip pat naudojami kaip priedai ar priedai optiniams jutikliams, pavyzdžiui, kietojo kūno lazeriams, ir kai kuriems elektros energijos perdavimo sistemų galios įtaisams.

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

Tipai

Puslaidininkinių medžiagų tipai yra skirtingi, atsižvelgiant į jų priemaišas ir jų fizinę reakciją į skirtingus aplinkos dirgiklius.

Vidiniai puslaidininkiai

Tai yra tie elementai, kurių molekulinę struktūrą sudaro vieno tipo atomas. Tarp šių vidinių puslaidininkių tipų yra silicio dioksidas ir germanis.

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

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

Tokiu būdu kiekvieno atomo paviršutiniame sluoksnyje yra 8 elektronai, kurie sudaro tvirtą jungtį tarp elektronų ir kristalų gardelę sudarančių atomų.

Dėl šios konfigūracijos elektronai struktūroje lengvai nejuda. Taigi įprastomis sąlygomis vidiniai puslaidininkiai elgiasi kaip izoliatorius.

Tačiau vidinio puslaidininkio laidumas didėja, kai temperatūra didėja, nes kai kurie valentiniai elektronai sugeria šilumos energiją ir atsiskiria nuo jungčių.

Šie elektronai tampa laisvaisiais elektronais ir, jei tinkamai nukreipiami pagal elektrinio potencialo skirtumą, gali prisidėti prie srovės tekėjimo kristalinėje gardelėje.

Tokiu atveju laisvieji elektronai šokteli į laidumo juostą ir eina į teigiamą potencialaus šaltinio polių (pavyzdžiui, akumuliatorių).

Valencijos elektronų judėjimas sukelia molekulinės struktūros vakuumą, kuris virsta panašiu efektu, kurį sukuria teigiamas krūvis sistemoje, todėl jie laikomi teigiamojo krūvio nešiotojais.

Tuomet atsiranda atvirkštinis efektas, nes kai kurie elektronai gali nukristi nuo laidumo juostos iki valentinio apvalkalo, išlaisvindami energiją procese, kuris vadinamas rekombinacija.

Išoriniai puslaidininkiai

Jie atitinka įterpimus į vidinius laidus; tai yra, įtraukiant trivalenčius ar penkiavalenčius elementus.

Šis procesas yra žinomas kaip dopingas ir jo tikslas yra padidinti medžiagų laidumą, pagerinti jų fizines ir elektrines savybes.

Pakeitus vidinio puslaidininkio atomą kito komponento atomu, gali būti gauti dviejų tipų išoriniai puslaidininkiai, kurie išsamiau aprašyti toliau.

P tipo puslaidininkis

Šiuo atveju priemaiša yra trivalentis puslaidininkio elementas; tai yra, turint tris (3) elektronus savo valentiniame apvalkale.

Instruktyvūs elementai struktūroje yra vadinami dopingo elementais. Šių P tipo puslaidininkių elementų pavyzdžiai yra boras (B), galis (Ga) arba indis (In).

Trūkstant valentinio elektrono, kad būtų suformuotos keturios kovalentinės vidinio puslaidininkio jungtys, P tipo puslaidininkyje trūksta trūkstamos jungties.

Tai lemia elektronų, nepriklausančių kristalinei grotelėms, praėjimą pro šią skylę, kurioje yra teigiamas krūvis.

Dėl teigiamo jungties skylės krūvio šie laidininkų tipai žymimi raide „P“, todėl yra pripažįstami elektronų akceptoriais.

Elektronų srautas per jungties skyles sukuria elektros srovę, kuri cirkuliuoja priešinga srovės, gaunamos iš laisvųjų elektronų, kryptimi.

N tipo puslaidininkiai

Įsibrovusį konfigūracijos elementą suteikia penkiavalentiai elementai; tai yra tie, kurie turi penkis (5) elektronus valentinėje juostoje.

Į vidinį puslaidininkį įterptos priemaišos yra tokie elementai kaip fosforas (P), stibis (Sb) arba arsenas (As).

Dopantai turi papildomą valentinį elektroną, kuris, neturėdamas kovalentinės jungties, prie kurios prisijungia, automatiškai gali laisvai judėti per kristalų tinklelį.

Elektros srovė cirkuliuoja per medžiagą dėka papildomo laisvųjų elektronų pertekliaus. Taigi N tipo puslaidininkiai laikomi elektronų donorais.

charakteristikos

Puslaidininkiai pasižymi dvejopu funkcionalumu, energijos efektyvumu, programų įvairove ir mažomis sąnaudomis. Svarbiausios puslaidininkių charakteristikos aprašytos žemiau.

- Jo atsakas (laidus ar izoliuojantis) gali skirtis priklausomai nuo elemento jautrumo apšvietimui, elektriniams laukams ir aplinkos magnetiniams laukams.

- Jei puslaidininkis veikiamas žemos temperatūros, elektronai liks vieningi valentinėje juostoje, todėl laisvųjų elektronų, atsirandančių dėl elektros srovės cirkuliacijos, neatsiras.

Kita vertus, jei puslaidininkis yra veikiamas aukštų temperatūrų, šiluminė vibracija gali paveikti elemento atomų kovalentinių ryšių stiprumą, paliekant laisvus elektronus elektros laidumui.

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

Pvz., Jei 10 boro atomų yra įtraukti į milijoną silicio atomų, šis santykis padidina junginio laidumą tūkstantį kartų, palyginti su gryno silicio laidumu.

- Puslaidininkių laidumas kinta intervale nuo 1 iki ^10–6 S.cm ^-1 , atsižvelgiant į naudojamo cheminio elemento tipą.

- Sudėtiniai arba išoriniai puslaidininkiai gali turėti optines ir elektrines savybes, žymiai pranašesnes už vidinių puslaidininkių savybes. To pavyzdys yra galio arsenidas (GaAs), daugiausia naudojamas radijo dažniuose ir kitoms optoelektroninėms reikmėms.

Programos

Puslaidininkiai yra plačiai naudojami kaip žaliava renkant elektroninius elementus, kurie yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis, pavyzdžiui, integruotos grandinės.

Vienas pagrindinių integruotos grandinės elementų yra tranzistoriai. Šie įtaisai vykdo funkciją teikti išėjimo signalą (svyruojantį, sustiprintą ar ištaisytą) pagal tam tikrą įvesties signalą.

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

Diodų projektavimui sudaromos P ir N tipo išorinių puslaidininkių jungtys. Kintamais elektronų donoro ir nešiklio elementais tarp abiejų zonų įjungiamas balansavimo mechanizmas.

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

- Elektronai perkeliami iš N tipo zonos į P zoną. N tipo zonoje vyrauja teigiamo krūvio zona.

- Iš P tipo zonos į N tipo zoną eina elektronus nešančios skylės. P tipo zona įgauna daugiausia neigiamą krūvį.

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

Be to, naudojant vidinių ir išorinių puslaidininkių derinius, gali būti gaminami įtaisai, atliekantys funkcijas, panašias į vakuuminį vamzdį, kurio tūris šimtus kartų didesnis.

Šis taikymo būdas taikomas integruotoms schemoms, tokioms kaip mikroprocesoriniai lustai, kurie dengia nemažą elektros energijos kiekį.

Puslaidininkių yra elektroniniuose prietaisuose, kuriuos naudojame kasdieniame gyvenime, tokiuose kaip rudosios linijos įranga, tokia kaip televizoriai, vaizdo grotuvai, garso įranga; kompiuteriai ir mobilieji telefonai.

Pavyzdžiai

Elektronikos pramonėje plačiausiai naudojamas puslaidininkis yra silicis (Si). Šios medžiagos yra įrenginiuose, kurie sudaro integruotus grandynus, kurie yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis.

Silicio germanio lydiniai (SiGe) yra naudojami greitaeigėse integruotose grandinėse, skirtose radarams ir elektrinių prietaisų, tokių kaip elektrinės gitaros, stiprintuvams.

Kitas puslaidininkio pavyzdys yra galio arsenidas (GaAs), plačiai naudojamas signalo stiprintuvuose, specialiai esant signalams su dideliu stiprinimu ir mažu triukšmo lygiu.

Nuorodos

1. Brian, M. (nd). Kaip veikia puslaidininkiai. Atkurta iš: elektronika.howstuffworks.com
2. Landinas, P. (2014). Vidiniai ir išoriniai puslaidininkiai. Atkurta iš: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (nd). Puslaidininkiai. Atkurta iš: whatis.techtarget.com
4. Puslaidininkis (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londonas, JK. Atkurta iš: britannica.com
5. Kas yra puslaidininkiai? (sf). © „Hitachi“ aukštųjų technologijų korporacija. Atkurta iš: hitachi-hightech.com
6. Vikipedija, nemokama enciklopedija (2018). Puslaidininkiai. Atkurta iš: es.wikipedia.org