Polovodiče Typy, aplikace a příklady



polovodiče jsou to prvky, které selektivně vykonávají funkci vodičů nebo izolátorů v závislosti na vnějších podmínkách, kterým jsou vystaveny, jako je teplota, tlak, záření a magnetická nebo elektrická pole.

V periodické tabulce jsou přítomny 14 polovodičových prvků, mezi nimi křemík, germanium, selen, kadmium, hliník, galium, bór, indium a uhlík. Polovodiče jsou krystalické pevné látky se střední elektrickou vodivostí, takže mohou být použity dvojím způsobem jako vodič a izolátor.

Pokud jsou použity jako vodiče, za určitých podmínek umožňují cirkulaci elektrického proudu, ale pouze v jednom směru. Také nemají vodivost tak vysokou jako vodivost kovů.

Polovodiče se používají v elektronických aplikacích, zejména pro výrobu komponentů, jako jsou tranzistory, diody a integrované obvody. Používají se také jako příslušenství nebo příslušenství pro optické senzory, jako jsou pevné polovodičové lasery, a některá výkonová zařízení pro elektrické přenosové systémy..

V současné době se tento typ prvků používá pro technologický vývoj v oblasti telekomunikací, řídicích systémů a zpracování signálů, a to jak v domácích, tak průmyslových aplikacích..

Index

  • 1 Typy
    • 1.1 Vnitřní polovodiče
    • 1.2 Vnější polovodiče
  • 2 Charakteristiky
  • 3 Aplikace
  • 4 Příklady
  • 5 Odkazy

Typy

Existují různé typy polovodičových materiálů, v závislosti na přítomných nečistotách a jejich fyzické odezvě na různé environmentální podněty.

Vnitřní polovodiče

Jsou to prvky, jejichž molekulární struktura je tvořena jedním typem atomu. Mezi tyto typy vnitřních polovodičů patří silico a germanium.

Molekulární struktura vnitřních polovodičů je tetrahedral; to znamená, že má kovalentní vazby mezi čtyřmi okolními atomy, jak je uvedeno na obrázku níže.

Každý atom vnitřního polovodiče má 4 valenční elektrony; tj. 4 elektrony obíhající v nejvzdálenější vrstvě každého atomu. Každý z těchto elektronů vytváří vazby se sousedními elektrony.

Tímto způsobem má každý atom 8 elektronů ve své nejpovrchnější vrstvě, která tvoří pevné spojení mezi elektrony a atomy, které tvoří krystalovou mříž..

Protože této konfigurace, elektrony se nepohybují snadno uvnitř struktury. Za normálních podmínek se tedy vnitřní polovodiče chovají jako izolátor.

Nicméně vodivost vnitřního polovodiče stoupá vždy, když se teplota zvýší, protože některé valenční elektrony absorbují tepelnou energii a oddělují se od vazebných vazeb..

Tyto elektrony se stávají volnými elektrony, a pokud jsou správně řešeny rozdílem v elektrickém potenciálu, mohou přispět k cirkulaci proudu uvnitř krystalické mřížky..

V tomto případě volné elektrony přeskočí k vodivému pásmu a jdou na kladný pól zdroje potenciálu (například baterie).

Pohyb valenčních elektronů indukuje vakuum v molekulární struktuře, což se promítá do podobného efektu, který by v systému vyvolával kladný náboj, takže jsou považováni za nosiče kladného náboje.

Pak dochází k inverznímu efektu, protože některé elektrony mohou spadat z pásma vodivosti až do doby, kdy vrstva valence uvolní energii v procesu, který přijímá název rekombinace.

Vnější polovodiče

Shodují se tím, že obsahují nečistoty uvnitř vnitřních vodičů; to znamená začleněním trojmocných nebo pentavalentních prvků.

Tento proces je znám jako doping a jeho cílem je zvýšit vodivost materiálů, zlepšit jejich fyzikální a elektrické vlastnosti.

Nahrazením vnitřního polovodičového atomu atomu jiné složky lze získat dva typy vnějších polovodičů, které jsou podrobně popsány níže..

Polovodičový typ P

V tomto případě je nečistota trivalentní polovodičový prvek; to je, se třemi (3) elektrony v jeho valenčním shellu.

Intrusivní prvky uvnitř struktury se nazývají dopingové prvky. Příklady těchto prvků pro polovodiče typu P jsou bor (B), gallium (Ga) nebo indium (In).

Když chybí valenční elektron, který tvoří čtyři kovalentní vazby vnitřního polovodiče, má polovodič typu P mezeru v chybějícím článku..

Tím je průchod elektronů, které nepatří do krystalické sítě, přes tento pozitivní nosič nosiče náboje.

Vzhledem k kladnému náboji mezery spoje se tento typ vodičů nazývá písmenem "P", a proto jsou rozpoznány jako akceptory elektronů..

Tok elektronů přes mezery vazby produkuje elektrický proud, který proudí v opačném směru k proudu odvozenému od volných elektronů..

Polovodičový typ N

Intruzivní prvek v konfiguraci je dán pentavalentními prvky; to je ti to mít pět (5) elektrony v pásmu valence.

V tomto případě jsou nečistoty, které jsou začleněny do vnitřního polovodiče, prvky jako fosfor (P), antimon (Sb) nebo arsen (As)..

Dopanty mají extra valenční elektron, který tím, že nemá kovalentní vazbu, se automaticky přesouvá krystalickou sítí.

Elektrický proud cirkuluje materiálem díky nadbytku volných elektronů, které dopant poskytuje. Proto jsou polovodiče typu N považovány za elektronové donory.

Vlastnosti

Polovodiče se vyznačují dvojí funkčností, energetickou účinností, rozmanitostí aplikací a nízkými náklady. Nejvýraznější charakteristiky polovodičů jsou uvedeny níže.

- Jeho odezva (vodič nebo izolátor) se může lišit v závislosti na citlivosti prvku na osvětlení, elektrických polích a magnetických polích prostředí..

- Pokud je polovodič vystaven nízké teplotě, elektrony budou drženy pohromadě ve valenčním pásmu, a proto nevzniknou žádné volné elektrony pro cirkulaci elektrického proudu. 

Naproti tomu, pokud je polovodič vystaven vysokým teplotám, tepelné vibrace mohou ovlivnit sílu kovalentních vazeb atomů prvku a ponechat volné elektrony pro elektrické vedení..

- Vodivost polovodičů se mění v závislosti na podílu nečistot nebo dopingových prvků uvnitř vnitřního polovodiče..

Pokud je například v milionu atomů křemíku zahrnuto 10 atomů bóru, tento poměr zvyšuje vodivost sloučeniny tisíckrát ve srovnání s vodivostí čistého křemíku..

- Vodivost polovodičů se mění v rozsahu mezi 1 a 10-6 S.cm-1, v závislosti na typu použitého chemického prvku.

- Sloučeniny nebo vnější polovodiče mohou mít optické a elektrické vlastnosti podstatně lepší než vlastnosti vnitřních polovodičů, příkladem je arzenid galia (GaAs), který se používá převážně v radiofrekvenčních a jiných aplikacích optoelektronických aplikací..

Aplikace

Polovodiče jsou široce používány jako surovina v sestavě elektronických prvků, které jsou součástí našeho každodenního života, jako jsou integrované obvody.

Jedním z hlavních prvků integrovaného obvodu jsou tranzistory. Tato zařízení plní funkci poskytování výstupního signálu (oscilačního, zesilovaného nebo usměrněného) podle specifického vstupního signálu.

Kromě toho jsou polovodiče také primárním materiálem diod používaných v elektronických obvodech pro umožnění průchodu elektrického proudu pouze jedním směrem.

Pro návrh diod se tvoří vnější polovodičové spoje typu P a typu N. Střídáním nosných prvků a donorů elektronů se aktivuje vyrovnávací mechanismus mezi oběma zónami..

Elektrony a otvory v obou zónách se protínají a v případě potřeby se doplňují. K tomu dochází dvěma způsoby:

- Dochází k přenosu elektronů ze zóny typu N do zóny P. Zóna typu N získá převážně kladnou zátěžovou zónu.

- Je prezentován průchod otvorů, které nesou elektrony, ze zóny typu P do zóny typu N. Zóna typu P získá převážně záporný náboj.

Nakonec je vytvořeno elektrické pole, které indukuje cirkulaci proudu pouze jedním směrem; to znamená od zóny N do zóny P.

Kromě toho, použití kombinací vnitřních a vnějších polovodičů může produkovat zařízení, která provádějí funkce podobné vakuové trubici, která obsahuje její objem stokrát.

Tento typ použití platí pro integrované obvody, jako jsou mikroprocesorové čipy, které pokrývají značné množství elektrické energie.

Polovodiče jsou přítomny v elektronických zařízeních, která používáme v našich každodenních životech, jako jsou zařízení na výrobu hnědých linek, jako jsou televize, videopřehrávače, zvuková zařízení; počítače a mobilní telefony.

Příklady

Nejčastěji používaným polovodičem v elektronickém průmyslu je křemík (Si). Tento materiál je přítomen v zařízeních, které tvoří integrované obvody, které jsou součástí našeho každodenního života.

Germanium a křemíkové slitiny (SiGe) se používají ve vysokorychlostních integrovaných obvodech pro radary a zesilovače elektrických přístrojů, jako jsou elektrické kytary.

Další příklad polovodiče je arzenid galia (GaAs), široce používaný v zesilovači signálu, konkrétně signály s vysokým ziskem a nízkou úrovní šumu..

Odkazy

  1. Brian, M. (s.f.) Jak fungují polovodiče. Zdroj: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Vnitřní a vnější polovodiče. Zdroj: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Polovodič. Zdroj: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londýn, Spojené království. Zdroj: britannica.com
  5. Co jsou polovodiče? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Zdroj: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, Volná encyklopedie (2018). Polovodič. Zdroj: en.wikipedia.org