Semikonduktor

Silikon adalah semikonduktor yang paling banyak digunakan

Apakah bahan semikonduktor atau semikonduktor?

The bahan semikonduktor atau semikonduktor Ini adalah unsur -unsur yang melaksanakan fungsi pemandu atau penebat secara selektif, bergantung kepada keadaan luaran yang mana ia tertakluk, seperti suhu, tekanan, radiasi dan medan magnet atau elektrik.

Dalam unsur -unsur semikonduktor Jadual 14 yang berkala, antaranya silikon, Germanio, selenium, kadmium, aluminium, gallium, boron, India dan karbon menonjol. Semikonduktor adalah pepejal kristal dengan kekonduksian elektrik purata, sehingga mereka dapat digunakan secara dually sebagai pemandu dan penebat.

Sekiranya ia digunakan sebagai konduktor, di bawah keadaan keadaan tertentu membenarkan peredaran arus elektrik, tetapi hanya dalam erti kata. Di samping itu, mereka tidak mempunyai kekonduksian yang tinggi seperti logam konduktif.

Semikonduktor digunakan dalam aplikasi elektronik, terutamanya untuk pembuatan komponen seperti transistor, diod dan litar bersepadu. Ia juga digunakan sebagai aksesori atau suplemen sensor optik, seperti laser keadaan pepejal, dan beberapa peranti kuasa untuk sistem penghantaran kuasa elektrik.

Pada masa ini, unsur -unsur jenis ini digunakan untuk perkembangan teknologi dalam bidang telekomunikasi, sistem kawalan isyarat dan pemprosesan, baik dalam aplikasi domestik dan perindustrian.

Jenis semikonduktor

Terdapat pelbagai jenis bahan semikonduktor, bergantung kepada kekotoran yang mereka sampaikan dan tindak balas fizikal mereka terhadap rangsangan yang berbeza dari alam sekitar.

Semikonduktor intrinsik

Mereka adalah unsur -unsur yang struktur molekulnya terdiri daripada satu jenis atom. Antara jenis semikonduktor intrinsik ini adalah silikon dan germanio.

Struktur molekul semikonduktor intrinsik adalah tetrahedral; iaitu, ia mempunyai ikatan kovalen antara empat atom sekitar, seperti yang ditunjukkan dalam imej di bawah.

Setiap atom semikonduktor intrinsik mempunyai 4 elektron valensi; iaitu 4 elektron yang mengorbit di lapisan paling luar setiap atom. Sebaliknya, setiap elektron ini membentuk pautan ke elektron bersebelahan.

Dengan cara ini, setiap atom mempunyai 8 elektron dalam lapisan yang paling cetek, yang membentuk kesatuan pepejal antara elektron dan atom yang membentuk rangkaian kristal.

Oleh kerana konfigurasi ini, elektron tidak mudah bergerak dalam struktur. Oleh itu, dalam keadaan standard, semikonduktor intrinsik berkelakuan sebagai penebat.

Boleh melayani anda: mainan 7 yang berfungsi dengan haba yang paling luar biasa

Walau bagaimanapun, kekonduksian semikonduktor intrinsik meningkat apabila suhu meningkat, kerana sesetengah elektron valensi menyerap tenaga haba dan terpisah dari bon.

Elektron ini menjadi elektron bebas dan, jika ia diarahkan dengan betul oleh perbezaan potensi elektrik, mereka dapat menyumbang kepada peredaran arus dalam rangkaian kristal.

Dalam kes ini, elektron bebas melompat ke jalur memandu dan diarahkan ke tiang positif sumber yang berpotensi (misalnya bateri).

Pergerakan elektron Valencia mendorong vakum dalam struktur molekul, yang diterjemahkan ke dalam kesan yang serupa dengan yang akan menghasilkan beban positif pada sistem, jadi mereka dianggap sebagai pembawa beban positif.

Kemudian, terdapat kesan songsang, kerana sesetengah elektron boleh jatuh dari jalur memandu ke lapisan Valencia yang melepaskan tenaga dalam proses, yang dipanggil rekombinasi.

Semikonduktor ekstrinsik

Mereka dibentuk dengan termasuk kekotoran dalam konduktor intrinsik; iaitu, melalui penggabungan unsur -unsur trivalen atau pentavalent.

Proses ini dikenali sebagai doping dan bertujuan untuk meningkatkan kekonduksian bahan, untuk meningkatkan sifat fizikal dan elektrik ini.

Dengan menggantikan atom semikonduktor intrinsik dengan atom komponen lain, dua jenis semikonduktor ekstrinsik boleh diperolehi, yang terperinci di bawah.

Jenis semikonduktor p

Dalam kes ini, kekotoran adalah elemen semikonduktor trivalen; iaitu, dengan tiga (3) elektron dalam lapisan valensinya.

Unsur penceroboh dalam struktur dipanggil unsur doping. Contoh unsur -unsur ini untuk jenis semikonduktor P adalah boron (b), gallium (GA) atau India (IN).

Kekurangan elektron Valencia untuk membentuk empat ikatan kovalen semikonduktor intrinsik, semikonduktor p -jenis mempunyai vakum dalam pautan yang hilang.

Di atas membuat laluan elektron yang tidak tergolong dalam rangkaian kristal melalui pembawa kargo positif itu.

Oleh kerana beban positif pautan bon, jenis konduktor ini dipanggil dengan huruf "p" dan, akibatnya, diiktiraf sebagai penerima elektron.

Aliran elektron melalui lubang ikatan menghasilkan arus elektrik yang beredar ke arah yang bertentangan dengan arus yang diperolehi dari elektron bebas.

Boleh melayani anda: Carta aliran data

Jenis N Semikonduktor

Unsur penceroboh dalam konfigurasi diberikan oleh unsur -unsur pentavalent; iaitu, mereka yang mempunyai lima (5) elektron di Band Valencia.

Dalam kes ini, kekotoran yang dimasukkan ke dalam semikonduktor intrinsik adalah unsur -unsur seperti fosforus (p), antimoni (SB) atau arsenik (AS).

Dopants mempunyai elektron Valencia tambahan yang, tidak mempunyai ikatan kovalen untuk bergabung, secara automatik bebas untuk bergerak melalui rangkaian kristal.

Di sini, arus elektrik beredar melalui bahan berkat lebihan elektron bebas yang disediakan oleh dopante. Oleh itu, jenis N semikonduktor dianggap sebagai penderma elektron.

Ciri -ciri semikonduktor

Semikonduktor dicirikan oleh fungsi ganda mereka, kecekapan tenaga, kepelbagaian aplikasi dan kos rendah. Ciri -ciri yang paling luar biasa dari semikonduktor terperinci di bawah:

• Tanggapan anda (pemandu atau penebat) boleh berbeza -beza bergantung kepada kepekaan elemen untuk pencahayaan, medan elektrik dan medan magnet persekitaran.
• Sekiranya semikonduktor tertakluk kepada suhu yang rendah, elektron akan tetap bersatu dalam band Valencia dan, oleh itu, elektron bebas tidak akan timbul untuk peredaran arus elektrik. Sebaliknya, jika semikonduktor terdedah kepada suhu yang tinggi, getaran haba boleh menjejaskan kepantasan ikatan kovalen atom elemen, yang merupakan elektron bebas untuk pengaliran elektrik.
• Kekonduksian semikonduktor berbeza -beza bergantung kepada perkadaran kekotoran atau unsur -unsur doping dalam semikonduktor intrinsik. Sebagai contoh, jika 10 atom boron dimasukkan ke dalam satu juta atom silikon, perkadaran itu meningkatkan kekonduksian sebatian seribu kali, berbanding dengan kekonduksian silikon dalam keadaan tulen.
• Kekonduksian semikonduktor berbeza dalam selang antara 1 dan 10^-6 S.cm^-1, Bergantung pada jenis elemen kimia yang digunakan.
• Semikonduktor komposit atau ekstrinsik boleh membentangkan sifat optik dan elektrik jauh lebih tinggi daripada sifat semikonduktor intrinsik. Contoh aspek ini ialah Gallium Arseniuro (GaAs), yang kebanyakannya digunakan dalam kekerapan radio dan penggunaan aplikasi optolektronik lain.

Aplikasi Semikonduktor

Peralatan rumah

Semikonduktor hadir dalam peranti elektronik yang kami gunakan dalam kehidupan seharian kami, seperti peralatan garis coklat seperti televisyen, pemain video, peralatan bunyi; komputer dan telefon bimbit.

Boleh melayani anda: Pengaturcaraan Dinamik: Ciri, Contoh, Kelebihan, Kekurangan

elektronik

Semikonduktor digunakan secara meluas sebagai bahan mentah dalam pemasangan elemen elektronik yang merupakan sebahagian daripada kehidupan seharian kita, seperti litar bersepadu.

Salah satu elemen utama litar bersepadu adalah transistor. Peranti ini memenuhi fungsi menyediakan isyarat output (osilatory, diperkuat atau diperbetulkan) mengikut isyarat input tertentu.

Diod litar elektronik

Di samping itu, semikonduktor juga merupakan bahan utama diod yang digunakan dalam litar elektronik untuk membolehkan laluan arus elektrik dalam satu segi.

Untuk reka bentuk diod, gusi jenis semikonduktor ekstrinsik P dan jenis N terbentuk. Apabila pengganti pembawa dan penderma elektron, mekanisme keseimbangan antara kedua -dua kawasan diaktifkan.

Oleh itu, elektron dan lubang kedua -dua kawasan disepadukan dan dilengkapi jika perlu. Ini berlaku dalam dua cara:

• Pemindahan elektron zon z jenis n berlaku. Zon n n memperoleh zon beban yang paling positif.
• Langkah pembawa elektron dari z zon p ke zon jenis n dibentangkan. Zon p memperoleh beban yang paling negatif.

Akhirnya, medan elektrik dibentuk yang mendorong peredaran arus dalam satu segi; iaitu, dari zon n ke zon p.

Peranti lain

Di samping itu, apabila menggunakan kombinasi semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik.

Aplikasi jenis ini digunakan dalam litar bersepadu seperti cip mikropemproses yang meliputi sejumlah besar elektrik.

Contoh semikonduktor

Silikon

Semikonduktor yang paling banyak digunakan dalam industri elektronik adalah silikon (SI). Bahan ini terdapat dalam peranti yang membentuk litar bersepadu yang merupakan sebahagian daripada hari ke hari kita.

Aloi Germanio dan Silicon

Alloy Germanio dan Silicio (SIGE) digunakan dalam litar bersepadu yang tinggi untuk radar dan penguat instrumen elektrik, seperti gitar elektrik.

Gallium Arseniuro

Satu lagi contoh semikonduktor ialah Gallium Arseniuro (GaAs), digunakan secara meluas dalam penguat isyarat, khususnya keuntungan tinggi dan isyarat bunyi yang rendah.