Pooljuhtide tüübid, rakendused ja näited



The pooljuhid need on elemendid, mis täidavad valikuliselt juhtide või isolaatorite funktsioone, sõltuvalt välistest tingimustest, millele need on mõjutatud, nagu temperatuur, rõhk, kiirgus ja magnet- või elektriväljad.

Perioodilises tabelis on 14 pooljuhtelementi, mille hulgas on räni, germanium, seleen, kaadmium, alumiinium, gallium, boor, indium ja süsinik. Pooljuhid on keskmise elektrijuhtivusega kristallilised tahked ained, nii et neid saab kasutada kahekordselt juhtme ja isolaatorina..

Juhul, kui neid kasutatakse juhtmetena, võimaldavad teatud tingimustel elektrivoolu ringlust, vaid ainult ühes suunas. Samuti ei ole nende juhtivus nii kõrge kui juhtivate metallide juhtivus.

Pooljuhte kasutatakse elektroonilistes rakendustes, eriti selliste komponentide tootmiseks nagu transistorid, dioodid ja integraallülitused. Neid kasutatakse ka optiliste andurite, nagu tahkis-laserite ja mõnede elektrienergia ülekandesüsteemide jõuseadmete tarvikute või lisaseadmetena..

Praegu kasutatakse seda tüüpi elemente tehnoloogiliseks arenguks telekommunikatsiooni, juhtimissüsteemide ja signaalitöötluse valdkonnas nii kodu- kui ka tööstusrakendustes..

Indeks

  • 1 tüübid
    • 1.1 Sisemised pooljuhid
    • 1.2. Välised pooljuhid
  • 2 Omadused
  • 3 Rakendused
  • 4 Näited
  • 5 Viited

Tüübid

Sõltuvalt nende esinevatest lisanditest ja nende füüsilisest reageeringust erinevatele keskkonnaalastele stiimulitele on olemas erinevaid pooljuhtmaterjalide tüüpe.

Sisemised pooljuhid

Kas need elemendid, mille molekulaarne struktuur koosneb ühest aatomi tüübist, on sellised. Sellist tüüpi pooljuhtide hulgas on silico ja germanium.

Sisemiste pooljuhtide molekulaarne struktuur on tetraedriline; see tähendab, et sellel on kovalentsed sidemed nelja ümbritseva aatomi vahel, nagu on näidatud alloleval pildil.

Iga sisemise pooljuhtide aatomil on 4 valentselektronit; see tähendab, et iga aatomi välimistes kihtides ringleb 4 elektroni. Kõik need elektronid moodustavad omakorda sidemeid külgnevate elektronidega.

Sel moel on igal aatomil oma kõige pealispinnalisemas kihis 8 elektroni, mis moodustavad tugeva ühenduse elektronide ja kristallvõre moodustavate aatomite vahel..

Selle konfiguratsiooni tõttu ei liigu elektronid struktuuris kergesti. Seega käituvad standardtingimustes sisemised pooljuhid isolaatorina.

Kuid sisemise pooljuhtide juhtivus tõuseb alati, kui temperatuur tõuseb, sest mõned valentselektronid neelavad soojusenergiat ja eralduvad sidemetest.

Need elektronid muutuvad vabadeks elektronideks ja kui need on nõuetekohaselt lahendatud elektrilise potentsiaali erinevusega, võivad nad kaasa aidata voolu ringlusele kristalses võre.

Sellisel juhul liiguvad vabad elektronid juhtivusribale ja lähevad potentsiaalse allika positiivsele poolele (näiteks aku)..

Valentselektronite liikumine indutseerib molekulaarstruktuuris vaakumi, mis omakorda sarnaneb sellega, mis tekitaks süsteemis positiivse laengu, nii et neid peetakse positiivse laengu kandjateks..

Seejärel toimub pöördvõimeline efekt, kuna mõned elektronid võivad langetada juhtivast sagedusest kuni valentsikihini, mis vabastab energiat protsessis, mis saab rekombinatsiooni nime..

Välised pooljuhid

Nad sobivad, lisades sisemiste juhtide lisandid; see tähendab, et nad sisaldavad kolmevalentseid või viiekomponente elemente.

Seda protsessi nimetatakse dopinguks ja selle eesmärk on suurendada materjalide juhtivust, parandada nende füüsikalisi ja elektrilisi omadusi.

Asendades sisemise pooljuht-aatomi teise komponendi aatomi jaoks, on võimalik saada kahte tüüpi väliseid pooljuhte, mida kirjeldatakse allpool.

Pooljuhtide tüüp P

Sel juhul on lisandiks kolmevalentne pooljuhtielement; see tähendab kolme (3) elektroni valentsuskesta.

Struktuuri pealetükkivaid elemente nimetatakse dopingu elementideks. Nende elementide näited P-tüüpi pooljuhtide jaoks on boor (B), gallium (Ga) või indium (In).

Valentselektroni puudumisel sisemise pooljuhtide nelja kovalentse sideme moodustamiseks on P-tüüpi pooljuhtil puudus lüli.

See muudab elektronide, mis ei kuulu kristallvõrku, läbipääsu selle positiivse laengukandja kaudu.

Lingi tühimiku positiivse laengu tõttu nimetatakse seda tüüpi juhtmeid tähega "P" ja järelikult on nad tunnustatud elektronide aktseptoritena..

Elektronide vool läbi sideme lõhede tekitab elektrivoolu, mis voolab vaba elektronidest saadud voolu vastassuunas..

N-tüüpi pooljuht

Konfiguratsiooni pealetükkiv element on antud viiekomponentsete elementide poolt; see tähendab, et valentsiribal on viis (5) elektroni.

Sellisel juhul on sisemises pooljuhtis sisalduvad lisandid sellised elemendid nagu fosfor (P), antimon (Sb) või arseen (As)..

Dopantidel on ekstra valentselektron, mis ei saa kovalentset sidet ühendada, vabalt liikuma läbi kristalse võrgu.

Siin voolab elektrivool läbi materjali tänu dopandi poolt pakutavatele vabadele elektronidele. Seetõttu loetakse N-tüüpi pooljuhid elektronidoonoriteks.

Omadused

Pooljuhte iseloomustab nende kahekordne funktsionaalsus, energiatõhusus, rakenduste mitmekesisus ja madalad kulud. Pooljuhtide silmapaistvamaid omadusi kirjeldatakse allpool.

- Selle vastus (juht või isolaator) võib varieeruda sõltuvalt elemendi tundlikkusest valguse, elektriväljade ja magnetväljade suhtes..

- Kui pooljuht on allutatud madalale temperatuurile, hoitakse elektronid valentsiribal koos ja seetõttu ei teki elektrivoolu vabade elektronide teket.. 

Vastupidiselt sellele, kui pooljuht on avatud kõrgetele temperatuuridele, võib termiline vibratsioon mõjutada elementide aatomite kovalentsete sidemete tugevust, jättes vabad elektronid elektrijuhtimiseks..

- Pooljuhtide juhtivus varieerub sõltuvalt lisandite või dopingelementide osakaalust sisemises pooljuhtis.

Näiteks kui 10 boori aatomit on lisatud miljonisse räni aatomisse, suurendab see suhe ühendi juhtivust tuhande korra võrreldes puhta räni juhtivusega..

- Pooljuhtide juhtivus varieerub vahemikus 1 kuni 10-6 S.cm-1, sõltuvalt kasutatud keemilise elemendi tüübist.

- Ühend pooljuhid või välise võib ilmneda optiline ja elektrilisi omadusi oluliselt paremad omadused pooljuhtide intrínsecos.Un näide on see aspekt galliumarseniid (GaAs), mida kasutati peamiselt raadiosageduse rakendusi ja muud optilis rakendused.

Rakendused

Pooljuhid on laialdaselt kasutatavad toorainena elektrooniliste elementide koostamisel, mis on osa meie igapäevaelust, näiteks integraallülitused.

Üks integraallülituse põhielemente on transistorid. Need seadmed täidavad väljundsignaali (ostsillatiivne, võimendatud või parandatud) funktsiooni vastavalt konkreetsele sisendsignaalile.

Lisaks on pooljuhtidel ka elektroonilistes vooluringides kasutatavate dioodide esmane materjal, mis võimaldab elektrivoolu liikuda ainult ühes suunas.

Kavandamisele dioodid, liitekohtade väliste pooljuhtide P-tüüpi ja N-tüüpi lülitamine kandjate ja elektronide doonorite moodustuvad Tasakaalustusmehhanismi aktiveeritakse vahel kaheks tsooniks.

Seega ristuvad ja mõlemas tsoonis olevad elektronid vajadusel üksteist ristivad ja täiendavad. See toimub kahel viisil:

- Tekib elektronide ülekanne N-tüüpi tsoonist P-tsooni, N-tüüpi tsoon saab valdavalt positiivse laadimisvööndi.

- Esitatakse elektron-kandvate aukude läbimine P-tüüpi tsoonist N-tüüpi tsooni, P-tüüpi tsoon omandab valdavalt negatiivse laengu.

Lõpuks luuakse elektrivälja, mis indutseerib voolu ringi ainult ühes suunas; see tähendab, et tsoonist N kuni tsooni P.

Lisaks võivad sisemiste ja väliste pooljuhtide kombinatsioonide kasutamine tekitada seadmeid, mis täidavad vaakumtoruga sarnaseid funktsioone, mis sisaldavad selle mahtu sadu kordi.

Seda tüüpi rakendusi rakendatakse integraallülitustele, näiteks mikroprotsessorite kiipidele, mis katavad märkimisväärse hulga elektrienergiat.

Pooljuhid on olemas elektroonilistes seadmetes, mida me kasutame oma igapäevaelus, nagu pruunid jooned, nagu telerid, videopleierid, heliseadmed; arvutid ja mobiiltelefonid.

Näited

Elektroonikatööstuses on kõige sagedamini kasutatav pooljuht räni (Si). See materjal on olemas seadmetes, mis moodustavad integraallülitused, mis on osa meie igapäevastest.

Geriumit ja räni sulameid (SiGe) kasutatakse kiirliinide integraallülitustes radarite ja elektriliste instrumentide, näiteks elektrikitarrite võimendajate jaoks.

Teine pooljuhtide näide on gallium-arseniid (GaAs), mida kasutatakse laialdaselt signaalivõimendites, eriti suure võimenduse ja madala müratasemega signaale..

Viited

  1. Brian, M. (s.f.) Kuidas pooljuhid töötavad. Välja otsitud andmebaasist: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Sisemised ja välised pooljuhid. Välja otsitud: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Pooljuht. Välja otsitud: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Ühendkuningriik. Välja otsitud: britannica.com
  5. Mis on pooljuhid? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Välja otsitud andmebaasist: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Pooljuht. Välja otsitud andmebaasist: en.wikipedia.org