Типове полупроводници, приложения и примери

на полупроводник те са елементи, които изпълняват функцията на проводници или изолатори избирателно, в зависимост от външните условия, на които са подложени, като температура, налягане, радиация и магнитни или електрически полета.

В периодичната таблица са представени 14 полупроводникови елемента, сред които силиций, германий, селен, кадмий, алуминий, галий, бор, индий и въглерод. Полупроводниците са кристални твърди частици със средна електрическа проводимост, така че могат да се използват по двойствен начин като проводник и изолатор..

Ако те се използват като проводници, при определени условия условията позволяват циркулация на електрически ток, но само в една посока. Също така, те нямат проводимост толкова висока, колкото тази на проводимите метали.

Полупроводниците се използват в електронните приложения, особено за производството на компоненти като транзистори, диоди и интегрални схеми. Те се използват и като аксесоари или аксесоари за оптични сензори, като например твърдотелни лазери и някои енергийни устройства за пренос на електроенергия..

Понастоящем този тип елементи се използват за технологични разработки в областта на телекомуникациите, системите за управление и обработката на сигнали, както в домашните, така и в промишлените приложения..

индекс

• 1 Видове
  • 1.1 Вътрешни полупроводници
  • 1.2 Външни полупроводници
• 2 Характеристики
• 3 Приложения
• 4 Примери
• 5 Препратки

тип

Съществуват различни видове полупроводникови материали, в зависимост от примесите, които те съдържат, и техния физически отговор на различни стимули за околната среда.

Вътрешни полупроводници

Дали тези елементи, чиято молекулна структура е съставена от един тип атом. Сред този вид присъщи полупроводници са силико и германий.

Молекулярната структура на присъщите полупроводници е тетраедрична; има ковалентни връзки между четири околни атоми, както е представено на изображението по-долу.

Всеки атом на вътрешен полупроводник има 4 валентни електрона; 4 електрона, обикалящи в най-външния слой на всеки атом. От своя страна всеки от тези електрони образува връзки със съседни електрони.

По този начин всеки атом има 8 електрона в най-повърхностния си слой, който образува твърд съюз между електроните и атомите, които образуват кристалната решетка..

Поради тази конфигурация, електроните не се движат лесно в рамките на структурата. Така, при стандартни условия, присъщите полупроводници се държат като изолатор.

Въпреки това, проводимостта на вътрешния полупроводник нараства винаги, когато температурата се повиши, тъй като някои валентни електрони поглъщат топлинна енергия и се отделят от връзките..

Тези електрони стават свободни електрони и, ако са правилно адресирани с разлика в електрическия потенциал, те могат да допринесат за циркулацията на ток в кристалната решетка.

В този случай свободните електрони преминават към зоната на проводимост и отиват до положителния полюс на потенциалния източник (батерия, например).

Движението на валентните електрони индуцира вакуум в молекулярната структура, което се превръща в ефект, подобен на този, който би произвел положителен заряд в системата, така че те се считат за носители на положителен заряд..

След това протича обратен ефект, тъй като някои електрони могат да паднат от лентата на проводимост до валентния слой, отделящ енергия в процеса, който получава името на рекомбинация..

Външни полупроводници

Те се съгласуват чрез включване на примеси в присъщите проводници; т.е. чрез включване на тривалентни или пентавалентни елементи.

Този процес е известен като допинг и има за цел да повиши проводимостта на материалите, за да подобри физическите и електрическите им свойства.

Чрез заместване на присъщия полупроводников атом за атом от друг компонент могат да се получат два вида външни полупроводници, които са описани подробно по-долу.

Полупроводник тип P

В този случай примесът е тривалентен полупроводников елемент; с три (3) електрона в своята валентна обвивка.

Интрузивните елементи в структурата се наричат ​​допинг елементи. Примери за тези елементи за полупроводници от тип Р са бор (В), галий (Ga) или индий (In).

Тъй като липсва валентен електрон за формиране на четирите ковалентни връзки на свойствен полупроводник, полупроводникът от тип P има пролука в липсващата връзка.

Това прави преминаването на електрони, които не принадлежат на кристалната мрежа през тази дупка на носителя на положителния заряд.

Поради положителния заряд на междината на връзката, този тип проводници се нарича с буквата "Р" и следователно те се разпознават като акцептори на електрони..

Потокът от електрони през празнините на връзката произвежда електрически ток, който тече в обратна посока на тока, извлечен от свободните електрони..

Полупроводник тип N

Интрузивният елемент в конфигурацията се дава от пентавалентни елементи; т.е. тези, които имат пет (5) електрона в валентната зона.

В този случай примесите, които са включени в присъщия полупроводник, са елементи като фосфор (Р), антимон (Sb) или арсен (As)..

Добавките имат допълнителен валентен електрон, който, като няма ковалентна връзка за присъединяване, е автоматично свободен да се движи през кристалната мрежа.

Тук електрическият ток циркулира през материала благодарение на излишъка от свободни електрони, осигурен от добавката. Следователно полупроводниците от тип N се считат за донори на електрони.

функции

Полупроводниците се характеризират с тяхната двойна функционалност, енергийна ефективност, разнообразие от приложения и ниска цена. По-долу са описани най-забележителните характеристики на полупроводниците.

- Отговорът му (проводник или изолатор) може да варира в зависимост от чувствителността на елемента към осветлението, електрическите полета и магнитните полета на околната среда..

- Ако полупроводникът е подложен на ниска температура, електроните ще се държат заедно във валентната зона и следователно няма да се появят свободни електрони за циркулацията на електрически ток.. 

Обратно, ако полупроводникът е изложен на високи температури, топлинните вибрации могат да повлияят на силата на ковалентните връзки на атомите на елементите, оставяйки свободни електрони за електрическа проводимост..

- Проводимостта на полупроводниците варира в зависимост от съотношението на примеси или елементи на допинг вътре в присъщия полупроводник..

Например, ако 10 милиона борови атоми са включени в един милион силициеви атоми, това съотношение увеличава проводимостта на съединението хиляда пъти в сравнение с проводимостта на чист силиций..

- Проводимостта на полупроводниците варира в диапазона между 1 и 10^-6 S.cm^-1, в зависимост от вида на използвания химичен елемент.

- Съединените или външните полупроводници могат да имат оптични и електрически свойства, значително по-добри от свойствата на присъщите полупроводници.Пример за този аспект е галиев арсенид (GaAs), използван предимно в радиочестотни и други приложения на оптоелектронни приложения..

приложения

Полупроводниците се използват широко като суровина при сглобяването на електронни елементи, които са част от нашето ежедневие, като например интегрални схеми.

Един от основните елементи на интегралната схема са транзистори. Тези устройства изпълняват функцията за осигуряване на изходен сигнал (осцилиращ, усилен или ректифициран) съгласно специфичен входен сигнал.

В допълнение, полупроводниците са също първичен материал на диоди, използвани в електронните схеми, за да позволят преминаването на електрически ток само в една посока.

За проектирането на диоди се образуват външни полупроводникови съединения тип Р и тип N. Чрез редуващи се носещи елементи и електронни донори се активира балансиращ механизъм между двете зони..

По този начин електроните и дупките в двете зони се пресичат и се допълват при необходимост. Това става по два начина:

- Настъпва прехвърлянето на електрони от N-зоната в зоната Р. Зоната от тип N получава преобладаващо положителна зона на натоварване..

- Представено е преминаване на електроносещи отвори от зоната тип P към зона от тип N. Зоната тип P придобива предимно отрицателен заряд.

Накрая се създава електрическо поле, което индуцира циркулацията на тока само в една посока; от зона N до зона P.

В допълнение, използването на комбинации от вътрешни и външни полупроводници може да произвежда устройства, които изпълняват функции, подобни на вакуумната тръба, която съдържа нейния обем стотици пъти.

Този тип приложения се отнасят за интегрални схеми, като микропроцесорни чипове, които покриват значително количество електрическа енергия.

Полупроводниците присъстват в електронните устройства, които използваме в ежедневието си, като например оборудване за кафява линия, като телевизори, видео плейъри, звуково оборудване; компютри и мобилни телефони.

Примери

Най-често използваният полупроводник в електронната индустрия е силиций (Si). Този материал присъства в устройствата, които съставляват интегралните схеми, които са част от нашето ежедневие.

Германиеви и силициеви сплави (SiGe) се използват в високоскоростни интегрални схеми за радари и усилватели на електрически инструменти, като например електрически китари..

Друг пример за полупроводник е галиев арсенид (GaAs), широко използван в усилватели на сигнали, по-специално сигнали с високо усилване и ниско ниво на шум..

препратки

1. Brian, M. (s.f.) Как работят полупроводниците. Изтеглено от: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Вътрешни и външни полупроводници. Получено от: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Изтеглено от: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Лондон, Обединено кралство. Изтеглено от: britannica.com
5. Какво представляват полупроводниците? (Н.О.). © Високотехнологична корпорация Hitachi. Изтеглено от: hitachi-hightech.com
6. Уикипедия, Свободната енциклопедия (2018). Semiconductor. Изтеглено от: en.wikipedia.org