Halvledere

Silisium er den mest brukte halvleder

Hva er halvledere eller halvledermaterialer?

De halvledere eller halvledermaterialer Dette er elementer som utfører funksjonen til drivere eller isolatorer selektivt, avhengig av de ytre forholdene de blir utsatt for, for eksempel temperatur, trykk, stråling og magnetiske eller elektriske felt.

I det periodiske tabell 14 er halvlederelementer til stede, hvorav silisium, Germanio, selen, kadmium, aluminium, gallium, bor, indisk og karbon skiller seg ut. Halvlederne er krystallinske faste stoffer med gjennomsnittlig elektrisk ledningsevne, slik at de kan brukes dobbelt som sjåfør og isolator.

Hvis de brukes som ledere, tillater visse betingelser under forhold sirkulasjon av elektrisk strøm, men bare på en måte. I tillegg har de ikke så høy konduktivitet som for ledende metaller.

Halvledere brukes i elektroniske applikasjoner, spesielt for fremstilling av komponenter som transistorer, dioder og integrerte kretsløp. De brukes også som tilbehør eller kosttilskudd av optiske sensorer, for eksempel solid state -lasere, og noen strømenheter for elektriske kraftoverføringssystemer.

For tiden brukes denne typen elementer til teknologisk utvikling innen telekommunikasjon, signalkontroll og prosesseringssystemer, både i innenlandske og industrielle applikasjoner.

Typer halvledere

Det er forskjellige typer halvledermaterialer, avhengig av urenheter de presenterer og deres fysiske respons på forskjellige stimuli i miljøet.

Iboende halvledere

De er de elementene hvis molekylstruktur består av en enkelt atom. Blant denne typen iboende halvledere er silisium og Germanio.

Den molekylære strukturen til iboende halvledere er tetrahedral; det vil si at den har kovalente bindinger mellom fire omkringliggende atomer, som presentert på bildet nedenfor.

Hvert atom av en iboende halvleder har 4 valenselektroner; det vil si 4 elektroner som kretser rundt i det ytterste laget av hvert atom. På sin side danner hver av disse elektronene koblinger til tilstøtende elektroner.

På denne måten har hvert atom 8 elektroner i sitt mest overfladiske lag, som danner en solid forening mellom elektroner og atomer som utgjør det krystallinske nettverket.

På grunn av denne konfigurasjonen beveger elektroner seg ikke lett innenfor strukturen. Under standardtilstander oppfører under standard, iboende halvledere som en isolator.

Kan tjene deg: de 7 lekene som fungerer med varme mest enestående

Imidlertid øker konduktiviteten til den iboende halvlederen når temperaturen øker, siden noen valenselektroner absorberer varmeenergi og skiller seg fra bindingene.

Disse elektronene blir frie elektroner, og hvis de er riktig rettet av en elektrisk potensialforskjell, kan de bidra til sirkulasjon av strøm i det krystallinske nettverket.

I dette tilfellet hopper de frie elektronene til kjørebåndet og blir rettet mot den positive polen til den potensielle kilden (for eksempel et batteri).

Bevegelsen av Valencia -elektroner induserer et vakuum i molekylstrukturen, som oversettes til en effekt som ligner på det som vil gi en positiv belastning på systemet, slik at de anses som positive belastningsbærere.

Deretter er det en omvendt effekt, siden noen elektroner kan falle fra kjørebåndet til Valencia -laget og frigjøre energi i prosessen, som kalles rekombinasjon.

Ekstrinsiske halvledere

De dannes ved å inkludere urenheter i iboende ledere; det vil si gjennom inkorporering av trivalente elementer eller pentavalent.

Denne prosessen er kjent som doping og har som mål å øke konduktiviteten til materialer, for å forbedre de fysiske og elektriske egenskapene til disse.

Ved å erstatte et iboende halvlederatom med et atom av en annen komponent, kan to typer ekstrinsiske halvledere oppnås, som er detaljert nedenfor.

Halvledertype p

I dette tilfellet er urenhet et trivalent halvlederelement; det vil si med tre (3) elektroner i valenslaget.

Inntrengerelementer i strukturen kalles dopingelementer. Eksempler på disse elementene for type P -halvledere er bor (b), gallium (GA) eller indisk (in).

Mangler et Valencia -elektron for å danne de fire kovalente bindingene til en iboende halvleder, har p -type halvleder et vakuum i den manglende lenken.

Ovennevnte gjør passering av elektroner som ikke tilhører det krystallinske nettverket gjennom den positive lastebæreren.

På grunn av den positive belastningen på koblingen til bindingen, kalles denne typen ledere med bokstaven "P" og blir følgelig anerkjent som elektronakseptorer.

Elektronstrøm gjennom bindingshullene produserer en elektrisk strøm som sirkulerer i motsatt retning av strømmen avledet fra frie elektroner.

Kan tjene deg: dataflytskjema

Type N halvleder

Inntrengerelementet i konfigurasjonen er gitt av pentavalente elementer; det vil si de som har fem (5) elektroner i Valencia -båndet.

I dette tilfellet er urenheter som er innlemmet i den iboende halvlederen elementer som fosfor (P), antimon (SB) eller arsen (AS).

Dopantene har et ekstra Valencia -elektron som, som ikke har en kovalent binding å bli med, er automatisk fritt til å bevege seg gjennom det krystallinske nettverket.

Her sirkulerer den elektriske strømmen gjennom materialet takket være overskuddet av frie elektroner levert av dopanten. Derfor anses type N -halvledere som elektrondonorer.

Kjennetegn på halvledere

Halvlederne er preget av deres doble funksjonalitet, energieffektivitet, mangfold av applikasjoner og lave kostnader. De mest fremragende egenskapene til halvlederne er detaljert nedenfor:

• Ditt svar (driver eller isolerende) kan variere avhengig av følsomheten til elementet for belysning, elektriske felt og magnetfelt i miljøet.
• Hvis halvlederen blir utsatt for en lav temperatur, vil elektronene forbli samlet i Valencia -båndet, og derfor vil ikke frie elektroner oppstå for sirkulasjonen av elektrisk strøm. På den annen side, hvis halvlederen blir utsatt for høye temperaturer, kan termisk vibrasjon påvirke soliditeten til de kovalente bindingene til atomene i elementet, som er frie elektroner for elektrisk ledning.
• Konduktiviteten til halvlederne varierer avhengig av andelen urenheter eller dopingelementer i en egen halvleder. For eksempel, hvis 10 boratomer er inkludert i en million silisiumatomer, øker denne andelen konduktiviteten til forbindelsen tusen ganger, sammenlignet med silisiumets konduktivitet i en ren tilstand.
• Konduktiviteten til halvlederne varierer i et intervall mellom 1 og 10^-6 S.CM^-1, Avhengig av typen kjemisk element som brukes.
• Sammensatte eller ekstrinsiske halvledere kan presentere optiske og elektriske egenskaper betydelig høyere enn egenskapene til iboende halvledere. Et eksempel på dette aspektet er Gallium Arseniuro (GAAS), en overveiende brukt i radiofrekvens og annen bruk av optolectronic -applikasjoner.

Halvlederapplikasjoner

Hvitevarer

Halvlederne er til stede i elektroniske enheter som vi bruker i hverdagen vår, som brunt linjeutstyr som TV -apparater, videospillere, lydutstyr; Datamaskiner og mobiltelefoner.

Kan tjene deg: Dynamisk programmering: Kjennetegn, eksempel, fordeler, ulemper

Elektronikk

Halvlederne er mye brukt som råstoff i montering av elektroniske elementer som er en del av hverdagen vår, for eksempel integrerte kretsløp.

Et av hovedelementene i en integrert krets er transistorer. Disse enhetene oppfyller funksjonen til å tilveiebringe et utgangssignal (svingende, forsterket eller utbedret) i henhold til et spesifikt inngangssignal.

Elektroniske kretsdioder

I tillegg er halvledere også det primære materialet til diodene som brukes i elektroniske kretsløp for å tillate passering av elektrisk strøm i en forstand.

For dioder design dannes tyggegummi av ekstrinsik halvledere type p og type n er dannet. Når vekslende transportører og elektrondonorer er en balansemekanisme mellom begge områdene aktiveres.

Dermed er elektronene og hullene i begge områdene integrert og komplementert der det er nødvendig. Dette skjer på to måter:

• Overføringen av elektroner av N -typen Z -sonen oppstår. N -sonen N oppnår en overveiende positiv lastesone.
• Et trinn med elektronbærere fra P -sonen P til Type N Zone presenteres. P -sonen skaffer seg en overveiende negativ belastning.

Til slutt er et elektrisk felt konstituert som induserer sirkulasjonen av strømmen i en forstand; det vil si fra sone n til sone p.

Andre enheter

I tillegg, når du bruker kombinasjoner av iboende og ekstrinsiske halvledere.

Denne typen applikasjoner gjelder i integrerte kretsløp som mikroprosesseringsbrikker som dekker en betydelig mengde strøm.

Eksempler på halvledere

Silisium

Den mest brukte halvlederen i den elektroniske industrien er silisium (SI). Dette materialet er til stede i enhetene som utgjør de integrerte kretsløpene som er en del av dag til dag.

Germanio og silisiumlegeringer

Germanio og Silicio (Sige) legeringer brukes i integrerte kretser med høy hastighet for radarer og elektriske instrumentforsterkere, for eksempel elektriske gitarer.

Gallium Arseniuro

Et annet eksempel på halvleder er Gallium Arseniuro (GAAs), mye brukt i signalforsterkere, spesielt høye forsterknings- og lavstøysignaler.