POLPREVODNIKI: VRSTE, APLIKACIJE IN PRIMERI - DUDE

V polprevodniki so elementi, ki opravljajo funkcijo selektivno prevodnih in izoliranje, odvisno od zunanjih pogojev, ki so jim izpostavljeni, kot so temperatura, tlak, sevanja in električnih ali magnetnih polj.

V periodični tabeli je 14 polprevodniških elementov, med katerimi so silicij, germanij, selen, kadmij, aluminij, galij, bor, indij in ogljik. Polprevodniki so kristalne trdne snovi s srednjo električno prevodnostjo, zato jih lahko dvojno uporabljamo kot prevodnik in izolator.

Če jih uporabljamo kot prevodnike, pod določenimi pogoji omogočajo kroženje električnega toka, vendar le v eno smer. Poleg tega nimajo tako visoke prevodnosti kot prevodne kovine.

Polprevodniki se uporabljajo v elektronskih aplikacijah, zlasti za izdelavo komponent, kot so tranzistorji, diode in integrirana vezja. Uporabljajo se tudi kot dodatki ali dopolnila za optične senzorje, kot so trdni laserji in nekatere napajalne naprave za električne prenosne sisteme.

Trenutno se ta vrsta elementa uporablja za tehnološki razvoj na področju telekomunikacij, krmilnih sistemov in obdelave signalov, tako v domači kot industrijski uporabi.

Vrste

Obstajajo različne vrste polprevodniških materialov, odvisno od nečistoč, ki jih predstavljajo, in njihovega fizičnega odziva na različne dražljaje iz okolja.

Notranji polprevodniki

So tisti elementi, katerih molekularna struktura je sestavljena iz ene same vrste atoma. Med tovrstnimi lastnimi polprevodniki sta silikon in germanij.

Molekularna struktura lastnih polprevodnikov je tetraedrska; to pomeni, da ima kovalentne vezi med štirimi okoliškimi atomi, kot je prikazano na spodnji sliki.

Vsak atom lastnega polprevodnika ima 4 valenčne elektrone; to je 4 elektrone, ki krožijo v najbolj skrajni lupini vsakega atoma. Vsak od teh elektronov tvori vezi s sosednjimi elektroni.

Na ta način ima vsak atom v svoji najbolj površinski plasti 8 elektronov in tako tvori trdno vez med elektroni in atomi, ki sestavljajo kristalno mrežo.

Zaradi te konfiguracije se elektroni v strukturi ne premikajo zlahka. Tako se v standardnih pogojih intrinzični polprevodniki obnašajo kot izolator.

Vendar se prevodnost notranjega polprevodnika poveča, kadar se temperatura poveča, saj nekateri valenčni elektroni absorbirajo toploto in se ločijo od vezi.

Ti elektroni postanejo prosti elektroni in, če jih pravilno usmeri razlika v električnem potencialu, lahko prispevajo k toku toka znotraj kristalne rešetke.

V tem primeru prosti elektroni skočijo v prevodni pas in gredo na pozitivni pol potencialnega vira (na primer baterija).

Gibanje valenčnih elektronov povzroči vakuum v molekularni strukturi, kar prevede v učinek, podoben učinku, ki ga v sistemu povzroči pozitiven naboj, zato jih štejemo kot nosilce pozitivnega naboja.

Nato pride do obratnega učinka, saj lahko nekateri elektroni padejo iz prevodnega pasu do valenčne lupine, ki sprošča energijo v procesu, ki se imenuje rekombinacija.

Zunanji polprevodniki

Skladno je z vključitvijo nečistoč znotraj notranjih prevodnikov; torej z vključitvijo trivalentnih ali petvalentnih elementov.

Ta postopek je znan kot doping, njegov namen pa je povečati prevodnost materialov, izboljšati njihove fizične in električne lastnosti.

Z zamenjavo notranjega polprevodniškega atoma z atomom druge komponente lahko pridobimo dve vrsti zunanjih polprevodnikov, ki sta podrobno opisani spodaj.

Polprevodnik tipa P

V tem primeru je nečistoča trivalenten polprevodniški element; torej s tremi (3) elektroni v valenčni lupini.

Vpadljivi elementi znotraj strukture se imenujejo dopinški elementi. Primeri teh elementov za polprevodnike tipa P so bor (B), galij (Ga) ali indij (In).

Če nima valenčnega elektrona, ki bi tvoril štiri kovalentne vezi lastnega polprevodnika, ima polprevodnik tipa P režo v manjkajoči vezi.

Zaradi tega je skozi luknjo prehod elektronov, ki ne pripadajo kristalni rešetki, ki nosijo pozitiven naboj.

Zaradi pozitivnega naboja vrzeli vezi so tovrstni vodniki označeni s črko "P" in jih posledično prepoznamo kot sprejemnike elektronov.

Pretok elektronov skozi luknje v vezi proizvaja električni tok, ki kroži v nasprotni smeri od toka, pridobljenega iz prostih elektronov.

Polprevodnik N tipa

Vsiljiv element v konfiguraciji dajejo petavalentni elementi; torej tiste, ki imajo v valenčnem pasu pet (5) elektronov.

V tem primeru so nečistoče, ki so vgrajene v lastni polprevodnik, elementi, kot so fosfor (P), antimon (Sb) ali arzen (As).

Dopanti imajo dodaten valenčni elektron, ki se brez kovalentne vezi, na katero se lahko veže, samodejno prosto premika skozi kristalno rešetko.

Tu električni tok kroži skozi material zahvaljujoč presežku prostih elektronov, ki jih zagotavlja dopant. Zato polprevodniki tipa N veljajo za darovalce elektronov.

značilnosti

Za polprevodnike je značilna njihova dvojna funkcionalnost, energijska učinkovitost, raznolikost uporabe in nizki stroški. Splošne značilnosti polprevodnikov so podrobno opisane spodaj.

- Njegov odziv (prevodni ali izolirni) se lahko razlikuje glede na občutljivost elementa na razsvetljavo, električna polja in magnetna polja v okolju.

- Če je polprevodnik izpostavljen nizki temperaturi, bodo elektroni ostali združeni v valenčnem pasu in zato ne bodo nastali prosti elektroni za kroženje električnega toka.

Po drugi strani pa lahko toplotne vibracije, če je polprevodnik izpostavljen visokim temperaturam, vplivajo na moč kovalentnih vezi atomov elementa in tako pustijo proste elektrone za električno prevodnost.

- prevodnost polprevodnikov se razlikuje glede na delež nečistoč ali dopinških elementov znotraj lastnega polprevodnika.

Na primer, če je 10 milijonov atomov bora vključenih v milijon atomov silicija, to razmerje tisočkrat poveča prevodnost spojine v primerjavi s prevodnostjo čistega silicija.

- prevodnost polprevodnikov se spreminja v intervalu med 1 in 10 ^-6 S.cm ^-1 , odvisno od vrste uporabljenega kemičnega elementa.

- Kompozitni ali zunanji polprevodniki imajo lahko optične in električne lastnosti, ki so bistveno boljše od lastnosti lastnih polprevodnikov, primer tega je arsenid galija (GaAs), ki se uporablja pretežno v radiofrekvenčnih in drugih uporabah optoelektronskih aplikacij.

Prijave

Polprevodniki se pogosto uporabljajo kot surovina pri sestavljanju elektronskih elementov, ki so del našega vsakdana, kot so integrirana vezja.

Eden glavnih elementov integriranega vezja so tranzistorji. Te naprave izpolnjujejo funkcijo zagotavljanja izhodnega signala (oscilatornega, ojačevalnega ali popravljenega) glede na določen vhodni signal.

Poleg tega so polprevodniki tudi glavni material za diode, ki se uporabljajo v elektronskih vezjih, ki omogočajo, da električni tok prehaja samo v eno smer.

Za oblikovanje diod so oblikovani zunanji polprevodniški stičišči tipa P in N. Z izmeničnimi elementi darovalca elektronov in nosilnimi elementi se med obema območjema aktivira mehanizem za uravnavanje.

Tako se elektroni in luknje v obeh conah sekajo in dopolnjujejo, kjer je potrebno. To se dogaja na dva načina:

- pride do prenosa elektronov iz cone tipa N v cono P. Območje tipa N pridobi pretežno pozitivno območje naboja.

- Tam poteka prehod elektronskih lukenj iz območja tipa P v cono tipa N. Območje tipa P pridobi pretežno negativen naboj.

Končno se oblikuje električno polje, ki sproži kroženje toka samo v eni smeri; torej iz cone N v cono P.

Poleg tega lahko z uporabo kombinacij intrinzičnih in zunanjih polprevodnikov izdelamo naprave, ki izvajajo funkcije, podobne vakuumski cevi, ki vsebuje stokrat večjo prostornino.

Ta vrsta uporabe velja za integrirana vezja, kot so mikroprocesorski čipi, ki pokrivajo veliko količino električne energije.

Polprevodniki so prisotni v elektronskih napravah, ki jih uporabljamo v vsakdanjem življenju, na primer v rjavi linijski opremi, kot so televizorji, video predvajalniki, zvočna oprema; računalniki in mobilni telefoni.

Primeri

Najpogosteje uporabljen polprevodnik v elektronski industriji je silicij (Si). Ta material je prisoten v napravah, ki sestavljajo integrirana vezja, ki so del našega vsakdanjega življenja.

Silicijeve germanijeve zlitine (SiGe) se uporabljajo v hitrih integriranih vezjih za radarje in ojačevalce električnih instrumentov, kot so električne kitare.

Drug primer polprevodnika je arselid galija (GaAs), ki se pogosto uporablja v ojačevalcih signala, posebej za signale z visokim ojačitvijo in nizko stopnjo hrupa.

Reference

Brian, M. (drugi). Kako delujejo polprevodniki. Pridobljeno: elektronika.howstuffworks.com
Landin, P. (2014). Notranji in zunanji polprevodniki. Pridobljeno: pelandintecno.blogspot.com
Rouse, M. (drugi). Polprevodnik. Pridobljeno: whatis.techtarget.com
Polprevodnik (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Združeno kraljestvo. Pridobljeno: britannica.com
Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Polprevodnik. Pridobljeno: es.wikipedia.org

POLPREVODNIKI: VRSTE, APLIKACIJE IN PRIMERI - DUDE - 2026