- Видове
- Вътрешни полупроводници
- Външни полупроводници
- Полупроводник тип P
- Полупроводник от N тип
- характеристики
- Приложения
- Примери
- Препратки
На полупроводници са елементи, които изпълняват функцията на селективно проводим или изолиращи, в зависимост от външните условия, на които те са подложени, като температура, налягане, радиация и електрически или магнитни полета.
В периодичната таблица присъстват 14 полупроводникови елемента, сред които са силиций, германий, селен, кадмий, алуминий, галий, бор, индий и въглерод. Полупроводниците са кристални твърди частици със средна електрическа проводимост, така че могат да се използват двойно като проводник и изолатор.
Ако се използват като проводници, при определени условия те позволяват циркулацията на електрически ток, но само в една посока. Освен това те нямат толкова висока проводимост като проводими метали.
Полупроводниците се използват в електронни приложения, особено за производството на компоненти като транзистори, диоди и интегрални схеми. Те се използват и като аксесоари или допълнения за оптични сензори, като твърдотелни лазери и някои захранващи устройства за електрически системи за предаване на енергия.
В момента този тип елемент се използва за технологични разработки в областта на телекомуникациите, системите за управление и обработката на сигнали, както в битови, така и в промишлени приложения.
Видове
Има различни видове полупроводникови материали, в зависимост от примесите, които те представят, и физическата им реакция на различни стимули на околната среда.
Вътрешни полупроводници
Те са онези елементи, чиято молекулна структура е изградена от един тип атом. Сред тези видове вътрешни полупроводници са силико и германий.
Молекулната структура на присъщите полупроводници е тетраедрична; тоест той има ковалентни връзки между четири заобикалящи атома, както е представено на изображението по-долу.
Всеки атом на вътрешния полупроводник има 4 валентни електрона; тоест 4 електрона, орбитиращи в най-външната обвивка на всеки атом. От своя страна всеки от тези електрони образува връзки със съседни електрони.
По този начин всеки атом има 8 електрона в най-повърхностния си слой, като по този начин образува твърда връзка между електроните и атомите, които изграждат кристалната решетка.
Поради тази конфигурация, електроните не се движат лесно в структурата. По този начин, при стандартни условия, вътрешните полупроводници се държат като изолатор.
Въпреки това, проводимостта на вътрешния полупроводник се повишава, когато температурата се повишава, тъй като някои валентни електрони абсорбират топлинна енергия и се отделят от връзките.
Тези електрони стават свободни електрони и, ако са правилно насочени от разликата в електрическия потенциал, могат да допринесат за протичането на тока в кристалната решетка.
В този случай свободните електрони скачат в лентата на проводимост и отиват към положителния полюс на потенциалния източник (например батерия).
Движението на валентните електрони предизвиква вакуум в молекулната структура, което се превръща в ефект, подобен на този, произведен от положителен заряд в системата, поради което те се считат за носители на положителен заряд.
Тогава има обратен ефект, тъй като някои електрони могат да паднат от лентата на проводимост към валентната обвивка, освобождавайки енергия в процеса, което се нарича рекомбинация.
Външни полупроводници
Те съответстват, като включват примеси във вътрешните проводници; тоест чрез включване на тривалентни или пентавалентни елементи.
Този процес е известен като допинг и целта му е да повиши проводимостта на материалите, да подобри техните физични и електрически свойства.
Чрез заместване на вътрешен полупроводников атом за атом от друг компонент могат да се получат два вида външни полупроводници, които са подробно описани по-долу.
Полупроводник тип P
В този случай примесът е тривалентен полупроводников елемент; тоест с три (3) електрона във валентната му обвивка.
Натрапчивите елементи в структурата се наричат допинг елементи. Примери за тези елементи за полупроводници от тип P са бор (В), галий (Ga) или индий (In).
Липсвайки валентен електрон за формиране на четирите ковалентни връзки на вътрешен полупроводник, полупроводникът тип P е с пролука в липсващата връзка.
Това прави преминаването на електрони, които не принадлежат към кристалната решетка през тази дупка, която носи положителен заряд.
Поради положителния заряд на празнината на връзката, тези видове проводници са обозначени с буквата "P" и съответно те се разпознават като акцептори на електрон.
Потокът на електрони през дупките в връзката произвежда електрически ток, който циркулира в обратна посока на тока, получен от свободните електрони.
Полупроводник от N тип
Натрапчивият елемент в конфигурацията е даден от петвалентни елементи; тоест тези, които имат пет (5) електрона във валентната зона.
В този случай примесите, които са включени във вътрешния полупроводник, са елементи като фосфор (P), антимон (Sb) или арсен (As).
Лепилата имат допълнителен валентен електрон, който, без ковалентна връзка, която да се свързва, автоматично се движи през кристалната решетка.
Тук електрическият ток циркулира през материала благодарение на излишъка от свободни електрони, осигурен от допанта. Следователно полупроводниците от тип N се считат за донори на електрон.
характеристики
Полупроводниците се характеризират с двойната си функционалност, енергийна ефективност, разнообразие от приложения и ниска цена. Характерните характеристики на полупроводниците са подробно описани по-долу.
- Отговорът му (проводим или изолиращ) може да варира в зависимост от чувствителността на елемента към осветление, електрически полета и магнитни полета в околната среда.
- Ако полупроводникът е подложен на ниска температура, електроните ще останат обединени във валентната зона и следователно няма да възникнат свободни електрони за циркулация на електрически ток.
От друга страна, ако полупроводникът е изложен на високи температури, топлинната вибрация може да повлияе на силата на ковалентните връзки на атомите на елемента, оставяйки свободни електрони за електрическа проводимост.
- Проводимостта на полупроводниците варира в зависимост от съотношението на примесите или легиращите елементи в присъщия полупроводник.
Например, ако 10 милиона атома са включени в милион атома силиций, това съотношение увеличава проводимостта на съединението хиляда пъти, в сравнение с проводимостта на чистия силиций.
- Проводимостта на полупроводниците варира в интервал между 1 и 10 -6 S.cm -1, в зависимост от вида на използвания химичен елемент.
- Композитните или външните полупроводници могат да имат оптични и електрически свойства, значително превъзхождащи свойствата на вътрешни полупроводници.Пример за това е арсенидът на галий (GaAs), използван предимно в радиочестоти и други приложения на оптоелектронни приложения.
Приложения
Полупроводниците са широко използвани като суровина при сглобяването на електронни елементи, които са част от ежедневието ни, като интегрални схеми.
Един от основните елементи на интегралната схема са транзисторите. Тези устройства изпълняват функцията за предоставяне на изходен сигнал (осцилационен, усилен или ректифициран) според специфичен входен сигнал.
Освен това, полупроводниците са и основният материал за диоди, използвани в електронни вериги, за да позволят на електрическия ток да преминава само в една посока.
За диодна конструкция се образуват външни полупроводникови съединения от тип P и N. Чрез редуване на елементи на донора на електрони и носещи елементи се активира балансиращ механизъм между двете зони.
Така електроните и дупките в двете зони се пресичат и се допълват, когато е необходимо. Това става по два начина:
- Настъпва прехвърлянето на електрони от зона от тип N в зона Р. Зоната от тип N получава предимно положителна зона на заряд.
- Има преминаване на електронно-носещи отвори от зоната от тип P към зоната от тип N. Типът P тип придобива предимно отрицателен заряд.
Накрая се образува електрическо поле, което индуцира циркулацията на тока само в една посока; тоест от зона N до зона P.
Освен това, като се използват комбинации от вътрешни и външни полупроводници, могат да се произведат устройства, изпълняващи функции, подобни на вакуумна тръба, която съдържа стотици пъти по-голям обем.
Този тип приложение се прилага за интегрални схеми, като микропроцесорни чипове, които покриват значително количество електрическа енергия.
Полупроводниците присъстват в електронните устройства, които използваме в ежедневието си, като например кафяво оборудване като телевизори, видео плейъри, звуково оборудване; компютри и мобилни телефони.
Примери
Най-широко използваният полупроводник в електронната индустрия е силиций (Si). Този материал присъства в устройствата, които съставляват интегралните схеми, които са част от ежедневието ни.
Силициевите германиеви сплави (SiGe) се използват във високоскоростни интегрални схеми за радари и усилватели на електрически инструменти, като електрически китари.
Друг пример за полупроводник е галиевият арсенид (GaAs), широко използван в усилвателите на сигнала, специално за сигнали с високо усилване и ниско ниво на шум.
Препратки
- Брайън, М. (втори). Как работят полупроводниците. Възстановени от: electronics.howstuffworks.com
- Ландин, П. (2014). Вътрешни и външни полупроводници. Възстановени от: pelandintecno.blogspot.com
- Rouse, M. (nd). Semiconductor. Възстановени от: whatis.techtarget.com
- Полупроводник (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Лондон, Великобритания. Възстановено от: britannica.com
- Какво представляват полупроводниците? (SF). © Корпорация Hitachi High-Technologies. Възстановени от: hitachi-hightech.com
- Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Възстановено от: es.wikipedia.org