ПОЛУПРОВОДНИКИ: ТИПЫ, ПРИМЕНЕНИЕ И ПРИМЕРЫ - ДУДАС

Эти полупроводниковые приборы являются элементами , которые выполняют функцию избирательно проводящий или изолирующий, в зависимости от внешних условий , к которым они подвергаются, например, температуры, давления, радиации и электрических или магнитных полей.

В периодической таблице присутствуют 14 полупроводниковых элементов, среди которых кремний, германий, селен, кадмий, алюминий, галлий, бор, индий и углерод. Полупроводники представляют собой твердые кристаллические вещества со средней электропроводностью, поэтому их можно использовать как проводник, так и изолятор.

Если они используются в качестве проводников, при определенных условиях они позволяют циркуляцию электрического тока, но только в одном направлении. Кроме того, они не обладают такой высокой проводимостью, как проводящие металлы.

Полупроводники используются в электронике, особенно для изготовления таких компонентов, как транзисторы, диоды и интегральные схемы. Они также используются в качестве аксессуаров или дополнений для оптических датчиков, таких как твердотельные лазеры, и некоторых силовых устройств для систем передачи электроэнергии.

В настоящее время этот тип элементов используется для технологических разработок в области телекоммуникаций, систем управления и обработки сигналов, как в бытовых, так и в промышленных приложениях.

Типы

Существуют разные типы полупроводниковых материалов в зависимости от примесей, которые они представляют, и их физической реакции на различные раздражители окружающей среды.

Собственные полупроводники

Это те элементы, молекулярная структура которых состоит из атомов одного типа. К таким типам собственных полупроводников относятся кремний и германий.

Молекулярная структура собственных полупроводников тетраэдрическая; то есть он имеет ковалентные связи между четырьмя окружающими атомами, как показано на изображении ниже.

Каждый атом собственного полупроводника имеет 4 валентных электрона; то есть 4 электрона, вращающиеся во внешней оболочке каждого атома. В свою очередь, каждый из этих электронов образует связи с соседними электронами.

Таким образом, каждый атом имеет 8 электронов в самом поверхностном слое, тем самым образуя прочную связь между электронами и атомами, составляющими кристаллическую решетку.

Из-за такой конфигурации электроны не могут легко перемещаться внутри структуры. Таким образом, в стандартных условиях собственные полупроводники ведут себя как изолятор.

Однако проводимость собственного полупроводника повышается при повышении температуры, поскольку некоторые валентные электроны поглощают тепловую энергию и отделяются от связей.

Эти электроны становятся свободными электронами и, если они правильно направляются разностью электрических потенциалов, могут способствовать протеканию тока внутри кристаллической решетки.

В этом случае свободные электроны прыгают в зону проводимости и переходят к положительному полюсу потенциального источника (например, батареи).

Движение валентных электронов создает вакуум в молекулярной структуре, что приводит к эффекту, аналогичному тому, который создается положительным зарядом в системе, поэтому они считаются носителями положительного заряда.

Затем возникает обратный эффект, так как некоторые электроны могут падать из зоны проводимости на валентную оболочку, высвобождая при этом энергию, что называется рекомбинацией.

Внешние полупроводники

Они соответствуют, включая примеси в собственных проводниках; то есть путем включения трехвалентных или пятивалентных элементов.

Этот процесс известен как легирование, и его цель - увеличить проводимость материалов, улучшить их физические и электрические свойства.

Заменяя атом собственного полупроводника на атом другого компонента, можно получить два типа внешних полупроводников, которые подробно описаны ниже.

Полупроводник P-типа

В этом случае примесь представляет собой трехвалентный полупроводниковый элемент; то есть с тремя (3) электронами в валентной оболочке.

Интрузивные элементы внутри конструкции называются легирующими элементами. Примерами этих элементов для полупроводников P-типа являются бор (B), галлий (Ga) или индий (In).

Не имея валентного электрона для образования четырех ковалентных связей собственного полупроводника, полупроводник P-типа имеет разрыв в недостающей связи.

Это делает прохождение электронов, не принадлежащих кристаллической решетке, через это отверстие, несущее положительный заряд.

Из-за положительного заряда межсоединения эти типы проводников обозначаются буквой «P» и, следовательно, распознаются как акцепторы электронов.

Поток электронов через отверстия в связи создает электрический ток, который циркулирует в направлении, противоположном току, исходящему от свободных электронов.

Полупроводник типа N

Интрузивный элемент в конфигурации представлен пятивалентными элементами; то есть те, которые имеют пять (5) электронов в валентной зоне.

В этом случае примеси, которые включены в собственный полупроводник, представляют собой такие элементы, как фосфор (P), сурьма (Sb) или мышьяк (As).

У легирующих примесей есть дополнительный валентный электрон, который, не имея ковалентной связи для связывания, автоматически может свободно перемещаться через кристаллическую решетку.

Здесь электрический ток циркулирует через материал благодаря избытку свободных электронов, обеспечиваемых допантом. Следовательно, полупроводники N-типа считаются донорами электронов.

характеристики

Полупроводники характеризуются своей двойной функциональностью, энергоэффективностью, разнообразием применений и низкой стоимостью. Основные характеристики полупроводников подробно описаны ниже.

- Его реакция (проводящая или изолирующая) может варьироваться в зависимости от чувствительности элемента к освещению, электрическим полям и магнитным полям в окружающей среде.

- Если полупроводник подвергается воздействию низкой температуры, электроны останутся объединенными в валентной зоне и, следовательно, не возникнет никаких свободных электронов для циркуляции электрического тока.

С другой стороны, если полупроводник подвергается воздействию высоких температур, тепловая вибрация может повлиять на прочность ковалентных связей атомов элемента, оставляя свободные электроны для электропроводности.

- Проводимость полупроводников меняется в зависимости от доли примесей или легирующих элементов в собственном полупроводнике.

Например, если 10 атомов бора входят в миллион атомов кремния, это соотношение увеличивает проводимость соединения в тысячу раз по сравнению с проводимостью чистого кремния.

- Электропроводность полупроводников колеблется в диапазоне от 1 до 10 ^-6 См. См ^-1 , в зависимости от типа используемого химического элемента.

- Композитные или внешние полупроводники могут иметь оптические и электрические свойства, значительно превосходящие свойства собственных полупроводников. Примером этого является арсенид галлия (GaAs), который преимущественно используется в радиочастотах и других применениях в оптоэлектронике.

Приложения

Полупроводники широко используются в качестве сырья для сборки электронных элементов, которые являются частью нашей повседневной жизни, например интегральных схем.

Одним из основных элементов интегральной схемы являются транзисторы. Эти устройства выполняют функцию выдачи выходного сигнала (колебательного, усиленного или выпрямленного) в соответствии с определенным входным сигналом.

Кроме того, полупроводники также являются основным материалом для диодов, используемых в электронных схемах, чтобы позволить электрическому току проходить только в одном направлении.

Для конструкции диодов формируются внешние полупроводниковые переходы типа P и N. Посредством чередования элементов донора и носителя электронов активируется механизм балансировки между обеими зонами.

Таким образом, электроны и дырки в обеих зонах пересекаются и дополняют друг друга там, где это необходимо. Это происходит двумя способами:

- Происходит перенос электронов из зоны N-типа в зону P. Зона N-типа получает зону преимущественно положительного заряда.

- Происходит переход электроносодержащих дырок из зоны P-типа в зону N-типа. Зона P-типа приобретает преимущественно отрицательный заряд.

Наконец, образуется электрическое поле, которое вызывает циркуляцию тока только в одном направлении; то есть из зоны N в зону P.

Кроме того, с помощью комбинаций собственных и внешних полупроводников можно создавать устройства, которые выполняют функции, аналогичные вакуумной лампе, объем которой в сотни раз превышает ее объем.

Этот тип приложения применяется к интегральным схемам, таким как микропроцессорные микросхемы, которые покрывают значительный объем электроэнергии.

Полупроводники присутствуют в электронных устройствах, которые мы используем в повседневной жизни, например, в оборудовании коричневой линии, таком как телевизоры, видеоплееры, звуковое оборудование; компьютеры и сотовые телефоны.

Примеры

Наиболее широко используемый полупроводник в электронной промышленности - это кремний (Si). Этот материал присутствует в устройствах, составляющих интегральные схемы, которые являются частью нашей повседневной жизни.

Кремний-германиевые сплавы (SiGe) используются в быстродействующих интегральных схемах для радаров и усилителей электрических инструментов, таких как электрогитары.

Другой пример полупроводника - арсенид галлия (GaAs), широко используемый в усилителях сигналов, особенно для сигналов с высоким коэффициентом усиления и низким уровнем шума.

Ссылки

Брайан, М. (nd). Как работают полупроводники. Получено с: electronics.howstuffworks.com
Ландин, П. (2014). Собственные и внешние полупроводники. Получено с: pelandintecno.blogspot.com
Роуз, М. (nd). Полупроводник. Получено с: whatis.techtarget.com
Полупроводник (1998). Британская энциклопедия, Inc. Лондон, Великобритания. Получено с: britannica.com
Википедия, Бесплатная энциклопедия (2018). Полупроводник. Получено с: es.wikipedia.org

ПОЛУПРОВОДНИКИ: ТИПЫ, ПРИМЕНЕНИЕ И ПРИМЕРЫ - ДУДАС - 2026