Vrste poluvodiča, aplikacije i primjeri



poluprovodnik to su elementi koji selektivno obavljaju funkciju vodiča ili izolatora, ovisno o vanjskim uvjetima kojima su izloženi, kao što su temperatura, tlak, zračenje i magnetska ili električna polja.

U periodnom sustavu nalazi se 14 poluvodičkih elemenata, među kojima su silicij, germanij, selen, kadmij, aluminij, galij, bor, indij i ugljik. Poluvodiči su kristalne krutine sa srednjom električnom provodljivošću, tako da se mogu koristiti na dva načina kao vodič i izolator.

Ako se koriste kao vodiči, pod određenim uvjetima uvjeti dopuštaju cirkulaciju električne struje, ali samo u jednom smjeru. Također, nemaju vodljivost tako visoku kao kod vodljivih metala.

Poluvodiči se koriste u elektroničkim aplikacijama, posebno za proizvodnju komponenti kao što su tranzistori, diode i integrirani krugovi. Oni se također koriste kao pribor ili pribor za optičke senzore, kao što su poluvodički laseri i neki energetski uređaji za sustave prijenosa električne energije..

Trenutno se ova vrsta elemenata koristi za tehnološki razvoj u području telekomunikacija, upravljačkih sustava i obrade signala, kako u domaćoj tako iu industrijskoj primjeni..

indeks

  • 1 Vrste
    • 1.1. Intrinzični poluvodiči
    • 1.2 Vanjski poluvodiči
  • 2 Značajke
  • 3 Aplikacije
  • 4 Primjeri
  • 5 Reference

vrsta

Postoje različiti tipovi poluvodičkih materijala, ovisno o nečistoćama koje oni predstavljaju i njihov fizički odgovor na različite utjecaje okoliša.

Unutarnji poluvodiči

Jesu li oni elementi čija se molekularna struktura sastoji od jednog tipa atoma. Među ovim tipom intrinzičnih poluvodiča je silico i germanij.

Molekularna struktura intrinzičnih poluvodiča je tetraedarska; to jest, ima kovalentne veze između četiri okolna atoma, kao što je prikazano na slici ispod.

Svaki atom unutarnjeg poluvodiča ima 4 valentna elektrona; to jest, 4 elektrona koji kruže u najudaljenijem sloju svakog atoma. S druge strane, svaki od tih elektrona formira veze s susjednim elektronima.

Na taj način svaki atom ima 8 elektrona u svom najpovršnijem sloju, koji tvori čvrsti spoj između elektrona i atoma koji čine kristalnu rešetku..

Zbog ove konfiguracije, elektroni se ne kreću lako unutar strukture. Dakle, pod standardnim uvjetima, svojstveni poluvodiči ponašaju se kao izolatori.

Međutim, vodljivost intrinzičnog poluvodiča raste kad god se temperatura poveća, jer neki valentni elektroni apsorbiraju toplinsku energiju i odvajaju se od veza..

Ovi elektroni postaju slobodni elektroni i, ako su ispravno adresirani pomoću razlike u električnom potencijalu, mogu doprinijeti cirkulaciji struje unutar kristalne rešetke.

U tom slučaju, slobodni elektroni prelaze na provodni pojas i prelaze na pozitivni pol potencijalnog izvora (baterija, na primjer).

Kretanje valencija elektrona induciraju vakuum u molekulsku strukturu, što rezultira u sličnom prinosu i pozitivni naboj na snagu sustava, tako da se smatra pozitivnim naboja.

Zatim dolazi do inverznog učinka, budući da neki elektroni mogu pasti iz pojasa provodljivosti sve dok valentni sloj ne oslobodi energiju u procesu, koji dobiva naziv rekombinacije.

Vanjski poluvodiči

Oni se uklapaju uključivanjem nečistoća unutar unutarnjih vodiča; to jest, uključivanjem trovalentnih ili pentavalentnih elemenata.

Ovaj proces je poznat kao doping i ima za cilj povećati provodljivost materijala, kako bi se poboljšala njihova fizička i električna svojstva.

Zamjenom unutarnjeg poluvodičkog atoma za atom druge komponente mogu se dobiti dva tipa vanjskih poluvodiča, koji su detaljno opisani u nastavku..

Poluvodički tip P

U ovom slučaju, nečistoća je trovalentni poluvodički element; to jest, s tri (3) elektrona u svojoj valentnoj ljusci.

Intruzivni elementi unutar strukture nazivaju se doping elementi. Primjeri ovih elemenata za poluvodiče tipa P su bor (B), galij (Ga) ili indij (In).

U nedostatku valentnog elektrona koji formira četiri kovalentne veze unutarnjeg poluvodiča, poluvodič P-tipa ima prazninu u odsutnoj vezi.

To čini prolaz elektrona koji ne pripadaju kristalnoj mreži kroz ovu rupu nositelja pozitivnog naboja.

Zbog pozitivnog naboja razmaka karike, ovaj tip vodiča naziva se slovom "P" i, shodno tome, prepoznaju se kao akceptori elektrona..

Protok elektrona kroz praznine veze stvara električnu struju koja teče u suprotnom smjeru od struje koja potječe od slobodnih elektrona.

Poluvodički tip N

Intruzivni element u konfiguraciji je dat petvalentnim elementima; to jest, oni koji imaju pet (5) elektrona u valentnom pojasu.

U ovom slučaju, nečistoće su uključeni u poluvodič elemenata što je fosfor (P), antimon (Sb) i arsena (As).

Dopanti imaju ekstra valentni elektron koji se, bez kovalentne veze za spajanje, automatski slobodno kreće kroz kristalnu mrežu.

Ovdje električna struja cirkulira kroz materijal zahvaljujući višku slobodnih elektrona koje daje dopant. Stoga se poluvodiči tipa N smatraju donatorima elektrona.

značajke

Poluvodiče karakterizira njihova dvostruka funkcionalnost, energetska učinkovitost, raznolikost primjena i niska cijena. Najistaknutije karakteristike poluvodiča opisane su u nastavku.

- Njegov odziv (vodič ili izolator) može varirati ovisno o osjetljivosti elementa na osvjetljenje, električna polja i magnetska polja okoline.

- Ako je poluvodič podvrgnut niskoj temperaturi, elektroni će se držati zajedno u valentnom pojasu i stoga se neće pojaviti slobodni elektroni za cirkulaciju električne struje. 

Međutim, ako je poluvodič je izložen visokim temperaturama, termička vibracija može utjecati na snagu od kovalentne veze od atoma elementa, koji su besplatni za električne provođenja elektrona.

- Provodljivost poluvodiča varira ovisno o udjelu nečistoća ili elemenata dopiranja unutar unutarnjeg poluvodiča.

Na primjer, ako je 10 milijuna atoma bora uključeno u milijun atoma silicija, taj omjer povećava vodljivost spoja tisuću puta, u usporedbi s provodnošću čistog silicija..

- Provodljivost poluvodiča varira u rasponu od 1 do 10-6 S.cm-1, ovisno o vrsti upotrijebljenog kemijskog elementa.

- Spoj poluvodiča ili vanjski može pokazivati ​​optička i električna svojstva koja su znatno superiornija u svojstvima poluvodiča intrínsecos.Un primjer ovog aspekta je galijevog arsenida (GaAs), uglavnom se koristi u radio-frekvencija aplikacije i druge aplikacije optoelektronička.

aplikacije

Poluvodiči se široko koriste kao sirovina u sastavljanju elektroničkih elemenata koji su dio našeg svakodnevnog života, kao što su integrirani krugovi.

Jedan od glavnih elemenata integriranog kruga su tranzistori. Ovi uređaji ispunjavaju funkciju osiguravanja izlaznog signala (oscilatornog, pojačanog ili ispravljenog) u skladu s određenim ulaznim signalom.

Osim toga, poluvodiči su također primarni materijal dioda koje se koriste u elektroničkim krugovima kako bi se omogućio prolaz električne struje samo u jednom smjeru.

Za izradu diode, spojevi između poluvodič P-tipa i N-tipa varijantama nosača i donatorima elektrona nastaju, mehanizam uravnoteženje aktivira između dvije zone.

Tako se elektroni i rupe u objema zonama presijecaju i nadopunjuju, gdje je to potrebno. To se događa na dva načina:

- Nastaje prijenos elektrona iz zone N-zone u zonu P. Zona N-tipa dobiva pretežno pozitivnu zonu opterećenja.

- Prikazan je prolaz rupa za prijenos elektrona iz zone P-tipa u zonu tipa N. P-tip zone dobiva pretežno negativni naboj.

Konačno, stvara se električno polje koje inducira cirkulaciju struje samo u jednom smjeru; to jest, od zone N do zone P.

Osim toga, upotrebom kombinacija unutarnjih i vanjskih poluvodiča mogu se proizvesti uređaji koji obavljaju funkcije slične vakuumskoj cijevi koja sadrži svoj volumen stotinu puta.

Ova vrsta primjene odnosi se na integrirane sklopove, kao što su mikroprocesorski čipovi koji pokrivaju znatnu količinu električne energije.

Poluvodiči su prisutni u elektroničkim uređajima koje koristimo u svakodnevnom životu, kao što je oprema za smeđu liniju kao što su televizori, video playeri, zvučna oprema; računala i mobiteli.

Primjeri

Najčešće korišteni poluvodič u elektroničkoj industriji je silicij (Si). Ovaj materijal je prisutan u uređajima koji sačinjavaju integrirane sklopove koji su dio našeg dana u dan.

Germanium i silicijeve legure (SiGe) koriste se u integriranim krugovima velike brzine za radare i pojačala električnih instrumenata, kao što su električne gitare.

Drugi primjer poluvodiča je galijev arsenid (GaAs), široko korišten u pojačalima signala, posebno signala s visokim pojačanjem i niskom razinom buke.

reference

  1. Brian, M. (s.f.) Kako poluvodiči funkcioniraju. Preuzeto s: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Unutarnji i vanjski poluvodiči. Preuzeto s: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Poluvodiča. Preuzeto s: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Velika Britanija. Preuzeto s: britannica.com
  5. Što su poluvodiči? (N. D.). © Hitachi korporacija za visoke tehnologije. Preuzeto s: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedija, Slobodna enciklopedija (2018.). Poluvodiča. Preuzeto s: en.wikipedia.org