Pusvadītāju veidi, lietojumprogrammas un piemēri



The pusvadītāji tie ir elementi, kas selektīvi veic vadītāju vai izolatoru funkciju, atkarībā no ārējiem apstākļiem, kuriem tie pakļauti, piemēram, temperatūra, spiediens, starojums un magnētiskie vai elektriskie lauki.

Periodiskajā tabulā ir 14 pusvadītāju elementi, starp kuriem ir silīcijs, germānija, selēns, kadmijs, alumīnijs, gallijs, bors, indijs un ogleklis. Pusvadītāji ir kristāliskas cietvielas ar vidēju elektrovadītspēju, tāpēc tās var izmantot divējādā veidā kā vadītāju un izolatoru..

Ja tos izmanto kā vadītājus, noteiktos apstākļos apstākļi pieļauj elektriskās strāvas cirkulāciju, bet tikai vienā virzienā. Arī to vadītspēja nav tik augsta kā vadošajiem metāliem.

Pusvadītāji tiek izmantoti elektroniskajās lietojumprogrammās, jo īpaši tādu komponentu ražošanai kā tranzistori, diodes un integrālās shēmas. Tos izmanto arī kā piederumus vai piederumus optiskiem sensoriem, piemēram, cietvielu lāzeriem, un dažus elektriskās jaudas pārvades sistēmu jaudas ierīces..

Šobrīd šāda veida elementi tiek izmantoti tehnoloģiju attīstībai telekomunikāciju, kontroles sistēmu un signālu apstrādes jomā gan mājsaimniecībās, gan rūpniecībā..

Indekss

  • 1 veidi
    • 1.1. Iekšējie pusvadītāji
    • 1.2. Ārējie pusvadītāji
  • 2 Raksturojums
  • 3 Pieteikumi
  • 4 Piemēri
  • 5 Atsauces

Veidi

Pastāv dažādi pusvadītāju materiālu veidi, atkarībā no to piemaisījumiem un to fiziskās reakcijas uz dažādiem vides stimuliem.

Iekšējie pusvadītāji

Vai tie elementi, kuru molekulārā struktūra sastāv no viena atoma veida. Šāda veida iekšējiem pusvadītājiem ir silikons un germānija.

Būtisko pusvadītāju molekulārā struktūra ir tetraedriska; tas nozīmē, ka tam ir kovalentās saites starp četriem apkārtējiem atomiem, kā parādīts zemāk redzamajā attēlā.

Katram iekšējā pusvadītāja atomam ir 4 valences elektroni; tas ir, 4 elektroni, kas orbitē katra atoma visattālākajā slānī. Savukārt katrs no šiem elektroniem veido saites ar blakus esošajiem elektroniem.

Tādā veidā katram atomam ir virspusējā slānī 8 elektroni, kas veido stabilu savienojumu starp elektroniem un atomiem, kas veido kristāla režģi..

Šīs konfigurācijas dēļ elektroni nav viegli pārvietojami konstrukcijā. Tādējādi, standarta apstākļos, iekšējie pusvadītāji darbojas kā izolators.

Tomēr iekšējās pusvadītāju vadītspēja palielinās, kad temperatūra pieaug, jo daži valences elektroni absorbē siltumenerģiju un atdalās no saitēm..

Šie elektroni kļūst par brīviem elektroniem, un, ja tos pienācīgi risina elektriskās potenciāla atšķirība, tie var veicināt strāvas cirkulāciju kristāliskajā režģī..

Šajā gadījumā brīvie elektroni pāriet uz vadīšanas joslu un dodas uz potenciālā avota pozitīvo polu (piemēram, akumulatoru)..

Valences elektronu kustība izraisa molekulāro struktūru vakuumu, kas nozīmē līdzīgu efektu, kas radītu pozitīvu lādiņu sistēmā, tāpēc tās tiek uzskatītas par pozitīvās lādiņa nesējiem..

Tad notiek apgrieztā ietekme, jo daži elektroni var nokrist no vadīšanas joslas līdz valences slānim, kas procesā atbrīvo enerģiju, kas saņem rekombinācijas nosaukumu..

Ārējie pusvadītāji

Tie atbilst piemaisījumiem iekšējos vadītājos; tas ir, iekļaujot trīsvērtīgus vai piecvērtīgus elementus.

Šis process ir pazīstams kā dopings, un tā mērķis ir palielināt materiālu vadītspēju, lai uzlabotu to fizikālās un elektriskās īpašības.

Aizstājot iekšējo pusvadītāju atomu citam komponentam, var iegūt divus ārējo pusvadītāju veidus, kas sīkāk aprakstīti turpmāk..

P pusvadītāju tips

Šajā gadījumā piemaisījums ir trīsvērtīgs pusvadītāju elements; tas ir, ar trīs (3) elektroniem tās valences apvalkā.

Iekšējos elementus struktūrā sauc par dopinga elementiem. Šo elementu piemēri P veida pusvadītājiem ir bors (B), gallijs (Ga) vai indijs (In)..

Ja trūkst valences elektrona, lai izveidotu četrus kovalentus iekšējās pusvadītāju saites, P tipa pusvadītājam trūkstošajā saitē ir sprauga.

Tas padara elektronu, kas nepieder kristāliskajam tīklam, pāreju caur šo pozitīvo uzlādes nesēju.

Sakarā ar saiknes atstarpes pozitīvo uzlādi šāda veida vadītāji tiek saukti ar burtu "P", un tāpēc tie tiek atzīti par elektronu akceptoriem..

Elektronu plūsma caur obligācijas spraugām rada elektrisko strāvu, kas plūst pretējā virzienā pret strāvu, kas iegūta no brīvajiem elektroniem..

Pusvadītāju tips N

Konflikta iejaukšanās elementu veido piecvērtīgie elementi; tas ir, tiem, kuriem valences joslā ir pieci (5) elektroni.

Šajā gadījumā piemaisījumi, kas ir iekļauti iekšējā pusvadītāja sastāvā, ir tādi elementi kā fosfors (P), antimons (Sb) vai arsēns (As)..

Dopantos ir papildus valences elektrons, kas, neietverot kovalentu saiti, automātiski var brīvi pārvietoties pa kristālisko tīklu.

Šeit elektriskā strāva cirkulē caur materiālu, pateicoties brīvo elektronu pārpalikumam, ko nodrošina dopants. Tāpēc N veida pusvadītāji tiek uzskatīti par elektronu donoriem.

Funkcijas

Pusvadītājiem ir raksturīga divkārša funkcionalitāte, energoefektivitāte, lietojumu daudzveidība un zemas izmaksas. Svarīgākie pusvadītāju raksturlielumi ir aprakstīti turpmāk.

- Tā reakcija (vadītājs vai izolators) var mainīties atkarībā no elementa jutīguma pret apgaismojumu, elektriskajiem laukiem un vides magnētiskajiem laukiem..

- Ja pusvadītājs ir pakļauts zemai temperatūrai, elektroni tiks turēti kopā valences joslā un līdz ar to elektriskie strāvas avoti neradīsies elektriskās strāvas cirkulācijai.. 

Turpretī, ja pusvadītājs ir pakļauts augstām temperatūrām, termiskā vibrācija var ietekmēt elementu atomu kovalento saites stiprumu, atstājot brīvus elektronus elektriskai vadīšanai..

- Pusvadītāju vadītspēja mainās atkarībā no piemaisījumu vai dopinga elementu īpatsvara iekšējā pusvadītāja iekšienē..

Piemēram, ja miljons silīcija atomos ir iekļauti 10 bora atomi, šī attiecība palielina savienojuma vadītspēju tūkstoš reižu, salīdzinot ar tīra silīcija vadītspēju..

- Pusvadītāju vadītspēja mainās robežās no 1 līdz 10-6 S.cm-1, atkarībā no izmantotā ķīmiskā elementa veida.

- Kombinētiem vai ārējiem pusvadītājiem var būt optiskas un elektriskas īpašības, kas ir ievērojami augstākas par raksturīgo pusvadītāju īpašībām, piemēram, gallija arsenīds (GaAs), ko galvenokārt izmanto radiofrekvenču un citu optoelektronisku lietojumu izmantošanai..

Programmas

Pusvadītāji tiek plaši izmantoti kā izejvielas elektronisko elementu montāžā, kas ir daļa no mūsu ikdienas dzīves, piemēram, integrālās shēmas.

Viens no integrētās shēmas galvenajiem elementiem ir tranzistori. Šīs ierīces pilda izejas signāla (svārstīga, pastiprināta vai izlabota) funkciju saskaņā ar konkrētu ieejas signālu.

Turklāt pusvadītāji ir arī elektronisko ķēžu diožu primārais materiāls, kas ļauj elektriskās strāvas padevi tikai vienā virzienā.

Diodu projektēšanai tiek veidoti P un N tipa ārējie pusvadītāju savienojumi, mainot nesējelementus un elektronu donorus, aktivizējas abu zonu līdzsvarošanas mehānisms..

Tādējādi elektroni un caurumi abās zonās krustojas un vajadzības gadījumā papildina viens otru. Tas notiek divos veidos:

- Notiek elektronu pārnešana no N tipa zonas uz P zonu, un N tipa zona iegūst pārsvarā pozitīvu iekraušanas zonu.

- Tiek parādīts elektronu pārnēsāšanas caurumu no P-tipa zonas līdz N-tipa zonai. P-tipa zona iegūst pārsvarā negatīvu lādiņu.

Visbeidzot, tiek izveidots elektriskais lauks, kas izraisa strāvas cirkulāciju tikai vienā virzienā; tas ir, no N zonas līdz P zonai.

Turklāt, izmantojot iekšējo un ārējo pusvadītāju kombinācijas, var ražot ierīces, kas veic tādas funkcijas kā vakuuma caurulē, kas satur tā apjomu simtiem reižu.

Šis pielietojums attiecas uz integrālajām shēmām, piemēram, mikroprocesoru mikroshēmām, kas aptver ievērojamu elektroenerģijas daudzumu.

Pusvadītāji atrodas elektroniskajās ierīcēs, kuras mēs izmantojam mūsu ikdienas dzīvē, piemēram, brūnās līnijas iekārtas, piemēram, televizori, video atskaņotāji, skaņas iekārtas; datoriem un mobilajiem tālruņiem.

Piemēri

Elektronikas rūpniecībā visbiežāk izmantotais pusvadītājs ir silīcijs (Si). Šis materiāls atrodas ierīcēs, kas veido integrētās shēmas, kas ir daļa no mūsu ikdienas.

Germānijas un silīcija sakausējumi (SiGe) tiek izmantoti ātrgaitas integrālajās shēmās elektrisko instrumentu radariem un pastiprinātājiem, piemēram, elektriskajām ģitārām.

Vēl viens pusvadītāju piemērs ir gallija arsenīds (GaAs), ko plaši izmanto signālu pastiprinātājos, īpaši signālus ar augstu stiprinājumu un zemu trokšņa līmeni..

Atsauces

  1. Brian, M. (s.f.) Kā darbojas pusvadītāji. Saturs iegūts no: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Iekšējie un ārējie pusvadītāji. Saturs iegūts no: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Pusvadītāji. Saturs iegūts no: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londona, Apvienotā Karaliste. Saturs iegūts no: britannica.com
  5. Kas ir pusvadītāji? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Saturs iegūts no: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Pusvadītāji. Saturs iegūts no: en.wikipedia.org