PUSVADĪTĀJI: VEIDI, PIELIETOJUMI UN PIEMĒRI - DUDAS - 2025

The pusvadītāji ir elementi, kas veic funkciju selektīvi vadošas vai izolācijas, atkarībā no ārējiem apstākļiem, uz kuriem tie tiek pakļauti, piemēram, temperatūra, spiediens, starojumu un magnētiskais vai elektriskais lauks.

Periodiskajā tabulā ir 14 pusvadītāju elementi, starp kuriem izceļas silīcijs, germānija, selēns, kadmijs, alumīnijs, gallijs, bors, indijs un ogleklis. Pusvadītāji ir kristāliskas cietas vielas ar vidēju elektrovadītspēju, tāpēc tos var divkārši izmantot kā vadītāju un izolatoru.

Ja tos izmanto kā vadītājus, noteiktos apstākļos tie ļauj cirkulēt elektriskajai strāvai, bet tikai vienā virzienā. Turklāt tiem nav tik augsta vadītspēja kā vadošiem metāliem.

Pusvadītājus izmanto elektroniskos pielietojumos, jo īpaši tādu komponentu ražošanā kā tranzistori, diodes un integrētās shēmas. Tos izmanto arī kā optisko sensoru piederumus vai papildinājumus, piemēram, cietvielu lāzerus, un dažas elektroenerģijas pārvades sistēmu enerģijas ierīces.

Pašlaik šāda veida elementi tiek izmantoti tehnoloģiju attīstībai telekomunikāciju, vadības sistēmu un signālu apstrādes jomā gan vietējā, gan rūpnieciskā lietošanā.

Veidi

Pastāv dažādi pusvadītāju materiālu veidi atkarībā no piemaisījumiem, ko tie satur, un to fizikālās reakcijas uz dažādiem vides stimuliem.

Iekšējie pusvadītāji

Tie ir tie elementi, kuru molekulāro struktūru veido viena veida atoms. Starp šiem iekšējo pusvadītāju veidiem ir silīcija un germānija.

Iekšējo pusvadītāju molekulārā struktūra ir tetraedriska; tas ir, tam ir kovalences saites starp četriem apkārtējiem atomiem, kā parādīts attēlā zemāk.

Katram iekšējā pusvadītāja atomam ir 4 valences elektroni; tas ir, 4 elektroni, kas riņķo katra atoma ārējā apvalkā. Savukārt katrs no šiem elektroniem veido saites ar blakus esošajiem elektroniem.

Tādā veidā katra atoma virspusējā slānī ir 8 elektroni, tādējādi veidojot ciešu saiti starp elektroniem un atomiem, kas veido kristāla režģi.

Šīs konfigurācijas dēļ elektroni struktūrā viegli nepārvietojas. Tādējādi standarta apstākļos iekšējie pusvadītāji uzvedas kā izolators.

Tomēr iekšējā pusvadītāja vadītspēja paaugstinās, kad temperatūra paaugstinās, jo daži valences elektroni absorbē siltuma enerģiju un atdalās no saitēm.

Šie elektroni kļūst par brīviem elektroniem, un, ja tos pareizi virza elektriskā potenciāla atšķirības, tie var veicināt strāvas plūsmu kristāla režģī.

Šajā gadījumā brīvie elektroni lec elektrības vadīšanas joslā un nonāk pie potenciālā avota pozitīvā pola (piemēram, akumulatora).

Valences elektronu kustība izraisa vakuumu molekulārajā struktūrā, kas pārvēršas efektā, kas ir līdzīgs tam, ko rada pozitīvs lādiņš sistēmā, tāpēc tos uzskata par pozitīvas lādiņa nesējiem.

Pēc tam rodas apgriezts efekts, jo daži elektroni var nokrist no vadīšanas joslas uz valences apvalku, atbrīvojot enerģiju procesā, ko sauc par rekombināciju.

Ārējie pusvadītāji

Tie atbilst, iekļaujot piemaisījumus iekšējos vadītājos; tas ir, iekļaujot trīsvērtīgus vai piecvērtīgus elementus.

Šis process ir pazīstams kā dopings, un tā mērķis ir palielināt materiālu vadītspēju, uzlabot to fizikālās un elektriskās īpašības.

Aizvietojot iekšējā pusvadītāja atomu ar citas sastāvdaļas atomu, var iegūt divu veidu ārējos pusvadītājus, kas sīkāk aprakstīti zemāk.

P veida pusvadītājs

Šajā gadījumā piemaisījums ir trīsvērtīgs pusvadītāju elements; tas ir, ar trīs (3) elektroniem tās valences apvalkā.

Uzmācīgos elementus struktūrā sauc par dopinga elementiem. Šo elementu piemēri P veida pusvadītājiem ir bors (B), gallijs (Ga) vai indijs (In).

Trūkst valences elektronu, lai veidotu iekšējā pusvadītāja četras kovalentās saites, P veida pusvadītājam trūkst trūkstošās saites.

Tas padara elektronu, kas nepieder pie kristāliskās režģa, caurbraukšanu caur šo caurumu, kas nes pozitīvu lādiņu.

Saistības spraugas pozitīvā lādiņa dēļ šie vadītāju veidi tiek apzīmēti ar burtu "P", un attiecīgi tie tiek atzīti par elektronu akceptoriem.

Elektronu plūsma caur saites saites caurumiem rada elektrisko strāvu, kas cirkulē pretējā virzienā strāvai, kas iegūta no brīvajiem elektroniem.

N tipa pusvadītājs

Uzmācīgo elementu konfigurācijā piešķir pentavalenti elementi; tas ir, tie, kuriem valences joslā ir pieci (5) elektroni.

Šajā gadījumā piemaisījumos, kas ir iestrādāti iekšējā pusvadītājā, ir tādi elementi kā fosfors (P), antimons (Sb) vai arsēns (As).

Palīgvielām ir papildu valences elektrons, kurš, nepiesaistoties kovalentajai saitei, automātiski var brīvi pārvietoties pa kristāla režģi.

Šeit elektriskā strāva cirkulē caur materiālu, pateicoties brīvo elektronu pārpalikumam, ko nodrošina palīgviela. Tādējādi N veida pusvadītājus uzskata par elektronu donoriem.

raksturojums

Pusvadītājiem raksturīga divējāda funkcionalitāte, energoefektivitāte, pielietojuma daudzveidība un zemas izmaksas. Pusvadītāju īpatnības ir sīkāk aprakstītas zemāk.

- Tā reakcija (vadoša vai izolējoša) var atšķirties atkarībā no elementa jutības pret apgaismojumu, elektriskajiem laukiem un apkārtējās vides magnētiskajiem laukiem.

- Ja pusvadītājs tiek pakļauts zemai temperatūrai, elektroni paliks vienoti valences joslā, un tāpēc elektriskās strāvas cirkulācijai brīvie elektroni neradīsies.

No otras puses, ja pusvadītājs tiek pakļauts augstām temperatūrām, termiskā vibrācija var ietekmēt elementa atomu kovalento saišu izturību, atstājot brīvus elektronus elektriskai vadīšanai.

- Pusvadītāju vadītspēja mainās atkarībā no piemaisījumu vai dopinga elementu proporcijas iekšējā pusvadītājā.

Piemēram, ja miljons silīcija atomu ir iekļauti 10 bora atomi, šī attiecība savienojuma vadītspēju palielina tūkstoš reizes, salīdzinot ar tīra silīcija vadītspēju.

- Pusvadītāju vadītspēja mainās intervālā no 1 līdz 10 ^-6 S.cm ^-1 , atkarībā no izmantotā ķīmiskā elementa veida.

- Kompozītu vai ārēju pusvadītāju optiskās un elektriskās īpašības var ievērojami pārsniegt iekšējo pusvadītāju īpašības.Piemērs tam ir gallija arsenīds (GaAs), ko galvenokārt izmanto radiofrekvencēs un citos optoelektronisko lietojumu gadījumos.

Lietojumprogrammas

Pusvadītāji tiek plaši izmantoti kā izejviela elektronisko elementu montāžā, kas ir mūsu ikdienas sastāvdaļa, piemēram, integrētās shēmas.

Viens no galvenajiem integrētās shēmas elementiem ir tranzistori. Šīs ierīces pilda funkciju nodrošināt izejas signālu (svārstīgu, pastiprinātu vai izlabotu) atbilstoši noteiktam ieejas signālam.

Pusvadītāji ir arī primārais materiāls diodēm, ko izmanto elektroniskajās shēmās, lai elektriskā strāva izietu tikai vienā virzienā.

Diožu projektēšanai tiek veidoti P un N tipa ārējo pusvadītāju savienojumi.Atmaiņus mainot elektronu donora un nesēja elementus, starp abām zonām tiek aktivizēts balansēšanas mehānisms.

Tādējādi elektroni un caurumi abās zonās vajadzības gadījumā krustojas un papildina viens otru. Tas notiek divos veidos:

- Notiek elektronu pārnešana no N tipa zonas uz P zonu.N tipa zona iegūst pārsvarā pozitīvas uzlādes zonu.

- No P veida zonas līdz N veida zonai ir elektronu nesošo caurumu pāreja.P tipa zona iegūst galvenokārt negatīvu lādiņu.

Visbeidzot, veidojas elektriskais lauks, kas inducē strāvas cirkulāciju tikai vienā virzienā; tas ir, no N zonas uz P zonu.

Turklāt, izmantojot iekšējo un ārējo pusvadītāju kombinācijas, var iegūt ierīces, kas pilda funkcijas, kas līdzīgas vakuuma caurulei, kuras tilpums simtiem reižu ir lielāks.

Šis lietojuma veids attiecas uz integrētajām shēmām, piemēram, mikroprocesora mikroshēmām, kas sedz ievērojamu daudzumu elektroenerģijas.

Pusvadītāji atrodas elektroniskās ierīcēs, kuras mēs izmantojam ikdienas dzīvē, piemēram, brūnās līnijas iekārtās, piemēram, televizoros, video atskaņotājos, skaņas iekārtās; datori un mobilie telefoni.

Piemēri

Plašāk izmantotais pusvadītājs elektronikas rūpniecībā ir silīcijs (Si). Šis materiāls ir ierīcēs, kas veido integrētās shēmas, kuras ir mūsu ikdienas sastāvdaļa.

Silīcija germānija sakausējumus (SiGe) izmanto ātrgaitas integrētās shēmās radaru un elektrisko instrumentu, piemēram, elektrisko ģitāru, pastiprinātāju jomā.

Vēl viens pusvadītāja piemērs ir gallija arsenīds (GaAs), ko plaši izmanto signāla pastiprinātājos, īpaši signāliem ar lielu pastiprinājumu un zemu trokšņa līmeni.

Atsauces

1. Braiens, M. (nd). Kā darbojas pusvadītāji. Atgūts no: elektronika.howstuffworks.com
2. Landins, P. (2014). Iekšējie un ārējie pusvadītāji. Atgūts no: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (nd). Pusvadītājs. Atgūts no: whatis.techtarget.com
4. Pusvadītājs (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londona, Lielbritānija. Atgūts no: britannica.com
5. Kas ir pusvadītāji? (sf). © Hitachi augsto tehnoloģiju korporācija. Atgūts no: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2018). Pusvadītājs. Atgūts no: es.wikipedia.org