Félvezető típusok, alkalmazások és példák



az félvezető azok az elemek, amelyek szelektíven hajtják végre a vezetők vagy szigetelők működését, attól függően, hogy milyen külső feltételek vannak kitéve, mint például a hőmérséklet, a nyomás, a sugárzás és a mágneses vagy elektromos mezők.

A periódusos táblázatban 14 félvezető elem található, amelyek között szilícium, germánium, szelén, kadmium, alumínium, gallium, bór, indium és szén. A félvezetők közepes elektromos vezetőképességű kristályos szilárd anyagok, így kettős módon használhatók vezetőként és szigetelőként..

Ha vezetékekként használják, bizonyos körülmények között lehetővé teszik az áram áramlását, de csak egy irányban. A vezetőképességű fémek vezetőképessége nem magas.

A félvezetőket elektronikus alkalmazásokban használják, különösen olyan alkatrészek gyártásához, mint a tranzisztorok, diódák és integrált áramkörök. Ezeket optikai szenzorok, például szilárdtestes lézerek és elektromos erőátviteli rendszerek egyes erőforrásaihoz is használják..

Jelenleg az ilyen típusú elemeket a távközlés, az irányítási rendszerek és a jelfeldolgozás területén a technológiai fejlesztésekhez használják mind hazai, mind ipari alkalmazásokban.

index

  • 1 Típus
    • 1.1 Belső félvezetők
    • 1.2 Külső félvezetők
  • 2 Jellemzők
  • 3 Alkalmazások
  • 4 Példák
  • 5 Referenciák

típus

Különböző típusú félvezető anyagok vannak jelen, attól függően, hogy milyen szennyeződések vannak jelen, és a fizikai válasz különböző környezeti ingerekre.

Belső félvezetők

Azok az elemek, amelyek molekuláris szerkezete egyetlen típusú atomból áll. Az ilyen jellegű belső félvezetők közé tartozik a szilícium és a germánium.

A belső félvezetők molekuláris szerkezete tetraéderes; azaz kovalens kötése van négy környező atom között, amint azt az alábbi kép mutatja.

A belső félvezetők mindegyik atomja 4 valens elektronot tartalmaz; azaz az egyes atomok legkülső rétegében keringő 4 elektron. Mindezek az elektronok a szomszédos elektronokkal kötődnek.

Ily módon mindegyik atomnak 8 elektronja van a leg felületi rétegében, amely szilárd kapcsolatot alkot az elektronok és a kristályrácsot alkotó atomok között..

Ezen konfiguráció miatt az elektronok nem mozognak könnyen a szerkezeten belül. Így standard körülmények között a belső félvezetők szigetelőként viselkednek.

Azonban a belső félvezető vezetőképessége emelkedik, amikor a hőmérséklet emelkedik, mivel néhány valenselektron elnyeli a hőenergiát és elkülönül a kötésektől..

Ezek az elektronok szabad elektronokká válnak, és ha az elektromos potenciálkülönbség megfelelően kezelik őket, hozzájárulhatnak az áramnak a kristályrácson belüli keringéséhez..

Ebben az esetben a szabad elektronok a vezetési sávra ugrik, és a potenciális forrás pozitív pólusához (például egy akkumulátorhoz) mennek..

A valenselektronok mozgása a molekuláris szerkezetben vákuumot indukál, ami olyan hatásúvá válik, amely pozitív töltést eredményez a rendszerben, így pozitív töltés hordozóként tekintik őket..

Ezután fordított hatás következik be, mivel néhány elektron eleshet a vezetési sávból, amíg a valencia réteg az energiát felszabadítja a folyamatban, amely megkapja a rekombináció nevét..

Külső félvezetők

Megfelelnek azáltal, hogy szennyeződéseket tartalmaznak a belső vezetőkbe; azaz háromértékű vagy ötértékű elemek beépítésével.

Ezt az eljárást doppingnak nevezik, és célja az anyagok vezetőképességének növelése, ezek fizikai és elektromos tulajdonságainak javítása.

Egy másik összetevő egy atomjának belső félvezető atomjának helyettesítésével kétféle külső félvezető nyerhető, amelyet az alábbiakban részletezünk..

P típusú félvezető

Ebben az esetben a szennyeződés egy háromértékű félvezető elem; azaz három (3) elektronval a valens héjában.

A struktúrán belüli behatoló elemeket doppingelemeknek nevezik. P-típusú félvezetők ilyen elemei például a bór (B), a gallium (Ga) vagy az indium (In)..

A belső félvezető négy kovalens kötését képező valenciaelektron hiányában a P-típusú félvezetőnek hiánya van a hiányzó összeköttetésben.

Ezáltal a kristályos hálózatba nem tartozó elektronok áthaladnak ezen pozitív töltőhordozó lyukon keresztül.

A kapcsoló résének pozitív töltése miatt ezt a típusú vezetőket "P" betűvel hívják, és következésképpen elektron-akceptorként ismerik fel..

Az elektronok áramlása a kötés résein keresztül olyan áramot hoz létre, amely a szabad elektronokból származó árammal ellentétes irányba áramlik.

N típusú félvezető

A behatolást a konfigurációban ötértékű elemek adják meg; azaz azok, amelyeknek öt (5) elektronja van a valencia sávban.

Ebben az esetben a belső félvezetőbe beépített szennyeződések olyan elemek, mint a foszfor (P), antimon (Sb) vagy az arzén (As)..

A dopánoknak van egy extra valenselektronja, amely a kovalens összeköttetés hiányában automatikusan szabadon mozoghat a kristályos hálózaton..

Itt az elektromos áram kering az anyagon a szabad adalékanyagok többletének köszönhetően. Ezért az N-típusú félvezetőket elektrondonoroknak tekintik.

jellemzői

A félvezetőket kettős funkcionalitás, energiahatékonyság, alkalmazási sokféleség és alacsony költség jellemzi. A félvezetők legkiválóbb jellemzőit az alábbiakban részletezzük.

- Válasz (vezető vagy szigetelő) változhat az elem érzékenységétől függően a világítás, az elektromos mezők és a mágneses mezők között..

- Ha a félvezetőt alacsony hőmérsékletnek vetik alá, az elektronokat együtt fogják tartani a valencia sávban, és ezért nem keletkeznek szabad elektronok az áramáramláshoz. 

Ezzel ellentétben, ha a félvezető magas hőmérsékletnek van kitéve, a termikus rezgés befolyásolhatja az elematomok kovalens kötéseinek erősségét, így a szabad elektronok elektromos vezetéshez vezethetnek..

- A félvezetők vezetőképessége a szennyeződések vagy doping elemek aránya a belső félvezetőn belül változik..

Például, ha 10 bóratomot tartalmaz egy millió szilícium atomban, ez az arány ezer alkalommal növeli a vegyület vezetőképességét a tiszta szilícium vezetőképességéhez viszonyítva..

- A félvezetők vezetőképessége 1 és 10 között változik-6 S.cm-1, az alkalmazott vegyi elem típusától függően.

- A kombinált vagy külső félvezetők optikai és elektromos tulajdonságokkal rendelkezhetnek, amelyek lényegesen jobbak a belső félvezetők tulajdonságaihoz, ebből a szempontból például a gallium-arzenid (GaAs), amelyet főként rádiófrekvenciás és egyéb optoelektronikai alkalmazásokban használnak..

alkalmazások

A félvezetőket széles körben használják nyersanyagként a mindennapi életünk részét képező elektronikus elemek, például az integrált áramkörök összeszerelésében..

Az integrált áramkör egyik fő eleme a tranzisztor. Ezek az eszközök egy kimeneti jel (oszcilláló, erősített vagy korrigált) biztosítására szolgálnak egy adott bemeneti jelnek megfelelően.

Ezenkívül a félvezetők az elektronikus áramkörökben használt diódák elsődleges anyagai, amelyek lehetővé teszik az elektromos áram áthaladását egyetlen irányban.

A diódák tervezéséhez a P és az N típusú külső félvezetők jönnek létre, váltakozó vivőelemekkel és elektrondonorokkal a két zóna közötti egyensúlyi mechanizmus aktiválódik..

Így az elektronok és a lyukak mindkét zónában szükség szerint egymást metszik és kiegészítik egymást. Ez kétféleképpen történik:

- Az N-típusú zónából az elektronok átvitele P-zónára történik, az N-típusú zóna túlnyomórészt pozitív terhelési zónát kap.

- A P-típusú zónából az N-típusú zónába az elektron-hordozó lyukak áthaladnak, a P-típusú zóna túlnyomórészt negatív töltést kap.

Végül létrejön egy elektromos mező, amely csak egy irányban indítja el az áram cirkulációját; vagyis az N zónától a P zónáig.

Ezen túlmenően a belső és külső félvezetők kombinációinak használata olyan eszközöket hozhat létre, amelyek hasonló módon működnek a vákuumcsőhöz, amely több száz alkalommal tartalmazza a térfogatot..

Ez az alkalmazás az integrált áramkörökre vonatkozik, mint például a jelentős mennyiségű elektromos energiát lefedő mikroprocesszor chipek.

A félvezetők jelen vannak mindennapi életünkben használt elektronikus eszközökben, mint például a barna vonal berendezések, mint például a televíziók, videolejátszók, hangberendezések; számítógépek és mobiltelefonok.

Példák

Az elektronikai iparban a leggyakrabban használt félvezető a szilícium (Si). Ez az anyag jelen van az integrált áramköröket alkotó eszközökben, amelyek a mindennapok részét képezik.

A germánium és a szilíciumötvözetek (SiGe) nagy sebességű integrált áramkörökben használatosak radarok és elektromos műszerek erősítői, például elektromos gitárok számára.

Egy másik példa a félvezetőre a gallium-arzenid (GaAs), amelyet széles körben használnak a jelerősítőkben, különösen a nagy nyereségű és alacsony zajszintű jeleket..

referenciák

  1. Brian, M. (s.f.) Hogyan működnek a félvezetők? A lap eredeti címe: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Belső és külső félvezetők. A lap eredeti címe: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Lap forrása: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Egyesült Királyság. A lap eredeti címe: britannica.com
  5. Mik azok a félvezetők? (N.d.). © Hitachi High-Technologies Corporation. A lap eredeti címe: hitachi-hightech.com
  6. Wikipédia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Lap forrása: en.wikipedia.org