Halvledere Typer, applikasjoner og eksempler



den halvledere de er elementer som utfører funksjonen til ledere eller isolatorer selektivt, avhengig av de eksterne forholdene de blir utsatt for, for eksempel temperatur, trykk, stråling og magnetiske eller elektriske felt.

I det periodiske bordet finnes 14 halvlederelementer, blant annet silisium, germanium, selen, kadmium, aluminium, gallium, bor, indium og karbon. Halvledere er krystallinske faste stoffer med middels elektrisk ledningsevne, slik at de kan brukes på to måter som en leder og en isolator.

Hvis de brukes som ledere, tillater betingelser under sirkulasjon av elektrisk strøm, men bare i en retning. Dessuten har de ikke ledningsevnen så høy som ledende metaller.

Halvledere brukes i elektroniske applikasjoner, spesielt for fremstilling av komponenter som transistorer, dioder og integrerte kretser. De brukes også som tilbehør eller tilbehør til optiske sensorer, for eksempel solid state lasere, og noen strømforsyninger for elektriske transmisjonssystemer..

For tiden brukes denne type elementer til teknologisk utvikling innen telekommunikasjon, styringssystemer og signalbehandling, både innen husholdnings og industrielle formål.

index

  • 1 Typer
    • 1.1 Intrinsic halvledere
    • 1.2 Ekstrinsiske halvledere
  • 2 egenskaper
  • 3 applikasjoner
  • 4 eksempler
  • 5 referanser

typen

Det finnes ulike typer halvledermaterialer, avhengig av de urenheter de presenterer, og deres fysiske respons på ulike miljøstimuli.

Intrinsic halvledere

Er de elementene hvis molekylære struktur består av en enkelt type atom. Blant denne typen inneboende halvledere er siliko og germanium.

Den molekylære strukturen av inneboende halvledere er tetraedral; det vil si at den har kovalente bindinger mellom fire omgivende atomer, som vist i bildet nedenfor.

Hvert atom av en inneboende halvleder har 4 valenselektroner; det vil si, 4 elektroner i bane i det ytre laget av hvert atom. I sin tur danner hver av disse elektronene bindinger med tilstøtende elektroner.

På denne måten har hvert atom 8 elektroner i sitt mest overfladiske lag, som danner en solid union mellom elektronene og atomene som utgjør krystallgitteret.

På grunn av denne konfigurasjonen beveger elektronene seg ikke lett i strukturen. Under standardbetingelser oppfører seg således inneboende halvledere som en isolator.

Imidlertid stiger ledningsevnen til den indre halvlederen når temperaturen øker, siden noen valenselektroner absorberer varmeenergi og skiller seg fra bindingene.

Disse elektronene blir frielektroner, og hvis de er riktig adressert av en forskjell i elektrisk potensial, kan de bidra til strømmenes sirkulasjon i det krystallinske gitteret.

I dette tilfellet hopper de frie elektronene til ledningsbåndet og går til den positive polen til den potensielle kilden (for eksempel et batteri).

Bevegelsen av valenselektroner induserer et vakuum i den molekylære strukturen, som omdannes til en effekt som ligner den som ville gi en positiv ladning i systemet, slik at de betraktes som bærere med positiv ladning.

Deretter finner en invers effekt, siden noen elektroner kan falle fra ledningsbåndet til valenslaget frigjør energi i prosessen, som mottar navnet på rekombinasjon.

Ekstrinsikre halvledere

De samsvarer med å inkludere urenheter innenfor innebygde ledere; det vil si ved å inkorporere trivalente eller pentavalente elementer.

Denne prosessen er kjent som doping og har som mål å øke materialets ledningsevne, for å forbedre de fysiske og elektriske egenskapene til disse.

Ved å erstatte et inneboende halvlederatom for et atom av en annen komponent kan to typer ekstrinsiske halvledere oppnås, som er detaljert nedenfor.

Halvleder type P

I dette tilfellet er urenheten et trivalent halvlederelement; det vil si med tre (3) elektroner i valensskallet.

Intrusive elementer i strukturen kalles dopingelementer. Eksempler på disse elementene for halvledere av type P er bor (B), gallium (Ga) eller indium (In).

Mangler en valenselektron for å danne de fire kovalente bindingene av en egenhalvleder, har halvleder P-typen et gap i den manglende lenken.

Dette gjør passasjen av elektroner som ikke tilhører det krystallinske nettverket gjennom dette positive ladningsbærerhullet.

På grunn av den positive ladningen av koblingshullet, kalles denne typen ledere med bokstaven "P" og følgelig blir de anerkjent som elektronacceptorer.

Strømmen av elektroner gjennom hullene i bindingen produserer en elektrisk strøm som strømmer i motsatt retning til strømmen avledet fra frie elektroner.

Halvleder type N

Det påtrengende elementet i konfigurasjonen er gitt av pentavalente elementer; det vil si de som har fem (5) elektroner i valensbåndet.

I dette tilfellet er urenheter som innlemmes i den indre halvlederen elementer som fosfor (P), antimon (Sb) eller arsen (As).

Dopantene har en ekstra valenselektron som ved å ikke ha en kovalent lenke til å bli med, er automatisk fri til å bevege seg gjennom det krystallinske nettverket.

Her sirkulerer den elektriske strømmen gjennom materialet takket være overskuddet av gratis elektroner levert av dopanten. Derfor anses halvledere av typen N som elektrondonorer.

funksjoner

Semiconductors er preget av dual funksjonalitet, energieffektivitet, mangfold av applikasjoner og lave kostnader. De mest fremragende egenskapene til halvledere er beskrevet nedenfor.

- Dens respons (dirigent eller isolator) kan variere avhengig av følsomheten til elementet til belysning, elektriske felt og magnetiske felt i miljøet.

- Hvis halvlederen er utsatt for lav temperatur, vil elektronene holdes sammen i valensbåndet, og det vil derfor ikke oppstå frie elektroner for sirkulasjon av elektrisk strøm. 

I kontrast, hvis halvlederen er utsatt for høye temperaturer, kan termisk vibrasjon påvirke styrken av de kovalente bindingene til elementatomer, og etterlate frie elektroner for elektrisk ledning..

- Ledningsevnen til halvledere varierer avhengig av andelen urenheter eller dopningselementer inne i en innebygd halvleder.

For eksempel, hvis 10 boratomer er inkludert i en million silisiumatomer, øker dette forholdet konduktiviteten av forbindelsen tusen ganger sammenlignet med konduktiviteten av rent silisium..

- Ledningsevnen til halvledere varierer i området mellom 1 og 10-6 S.cm-1, avhengig av hvilken type kjemisk element som brukes.

- Sammensatte halvledere eller ekstrinsisk kan utvise optiske og elektriske egenskaper betydelig overlegne i forhold til egenskapene til halvleder intrínsecos.Un eksempel på dette trekk er galliumarsenid (GaAs), hovedsakelig brukt i radiofrekvens-applikasjoner og andre optiske applikasjoner.

søknader

Semiconductors er mye brukt som råmateriale i samlingen av elektroniske elementer som er en del av vårt daglige liv, for eksempel integrerte kretser.

En av hovedelementene i en integrert krets er transistorer. Disse enhetene oppfyller funksjonen av å gi et utgangssignal (oscillerende, forsterket eller utbedret) i henhold til et spesifikt inngangssignal.

I tillegg er halvledere også det primære materialet til dioder som brukes i elektroniske kretser for å tillate passering av elektrisk strøm i kun en retning.

For utforming av dioder, dannes ekstrinsiske halvlederledd type P og type N. Ved alternerende bærerelementer og elektrondonorer aktiveres en balanse mekanisme mellom begge sonene..

Således krysser elektronene og hullene i begge sonene og utfyller hverandre når det er nødvendig. Dette skjer på to måter:

- Overføringen av elektroner fra N-typen sonen til P-sonen skjer. N-typen sonen oppnår en overveiende positiv lastesone.

- En passasje av elektronbærende hull fra P-type sonen til N-typen sonen presenteres. P-typen sonen oppnår en overveiende negativ ladning.

Endelig opprettes et elektrisk felt som inducerer strømmenes strømning i bare én retning; det vil si fra sonen N til sonen P.

I tillegg kan bruk av kombinasjoner av inneboende og ekstrinsiske halvledere produsere enheter som utfører funksjoner som ligner på et vakuumrør som inneholder volumet hundrevis av ganger.

Denne typen applikasjoner gjelder for integrerte kretser, for eksempel mikroprosessorbrikker som dekker en betydelig mengde elektrisk energi.

Halvledere er til stede i elektroniske enheter som vi bruker i vårt daglige liv, for eksempel brunt linjeutstyr som TV-apparater, videospillere, lydutstyr; datamaskiner og mobiltelefoner.

eksempler

Den mest brukte halvleder i elektronikkindustrien er silisium (Si). Dette materialet er til stede i enhetene som utgjør de integrerte kretsene som er en del av vår dag.

Germanium og silisium legeringer (SiGe) brukes i høyhastighets integrerte kretser for radarer og forsterkere av elektriske instrumenter, for eksempel elektriske gitarer.

Et annet eksempel på halvleder er galliumarsenid (GaAs), mye brukt i signalforsterkere, spesielt signaler med høy forsterkning og lavt lydnivå.

referanser

  1. Brian, M. (s.f.) Hvordan halvledere jobber Hentet fra: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Intrinsic og ekstrinsic halvledere. Hentet fra: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Hentet fra: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Storbritannia. Hentet fra: britannica.com
  5. Hva er halvledere? (N.d.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Hentet fra: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Hentet fra: en.wikipedia.org