Halvledere Typer, applikationer og eksempler



den halvleder de er elementer, der udfører funktionen af ​​ledere eller isolatorer selektivt afhængigt af de eksterne forhold, de udsættes for, såsom temperatur, tryk, stråling og magnetiske eller elektriske felter.

I det periodiske bord findes 14 halvlederelementer, herunder silicium, germanium, selen, cadmium, aluminium, gallium, bor, indium og carbon. Halvledere er krystallinske faste stoffer med en medium elektrisk ledningsevne, så de kan bruges på to måder som en leder og en isolator.

Hvis de anvendes som ledere, tillader betingelser under visse omstændigheder cirkulation af elektrisk strøm, men kun i en retning. De har heller ikke en ledningsevne så høj som ledende metaller.

Halvledere anvendes i elektroniske applikationer, især til fremstilling af komponenter som transistorer, dioder og integrerede kredsløb. De bruges også som tilbehør eller tilbehør til optiske sensorer, såsom solid state lasere og nogle strømforsyninger til elektriske transmissionssystemer..

På nuværende tidspunkt anvendes denne type elementer til teknologisk udvikling inden for telekommunikation, kontrolsystemer og signalbehandling, både inden for husholdnings- og industrianvendelser.

indeks

  • 1 typer
    • 1.1 Intrinsiske halvledere
    • 1.2 Ekstrinsikre halvledere
  • 2 karakteristika
  • 3 applikationer
  • 4 eksempler
  • 5 referencer

typen

Der er forskellige typer af halvledermaterialer, afhængigt af de urenheder, de giver, og deres fysiske reaktion på forskellige miljømæssige stimuli.

Intrinsic halvledere

Er de elementer, hvis molekylære struktur består af en enkelt type atom. Blandt denne type af indre halvledere er silicium og germanium.

Den molekylære struktur af indre halvledere er tetrahedral; det vil sige, den har kovalente bindinger mellem fire omgivende atomer, som vist i billedet nedenfor.

Hvert atom af en indre halvleder har 4 valenselektroner; det vil sige, 4 elektroner kredser i det yderste lag af hvert atom. Til gengæld danner hver af disse elektroner bindinger med hosliggende elektroner.

På denne måde har hvert atom 8 elektroner i sit mest overfladiske lag, som danner en solid union mellem elektronerne og de atomer, der udgør krystalgitteret.

På grund af denne konfiguration bevæger elektronerne sig ikke let inden for strukturen. Under standardbetingelser opfører sig således egenhalvledere som en isolator.

Imidlertid stiger ledningsevnen af ​​den indre halvleder, når temperaturen stiger, da nogle valenselektroner absorberer varmeenergi og adskilles fra bindingerne.

Disse elektroner bliver frielektroner, og hvis de er korrekt adresseret af en forskel i elektrisk potentiale, kan de bidrage til strømmenes omsætning inden for det krystallinske gitter.

I dette tilfælde hopper de frie elektroner til ledningsbåndet og går til den potentielle kilde (f.eks. Et batteri).

Bevægelsen af ​​valenselektroner fremkalder et vakuum i den molekylære struktur, som oversætter til en virkning svarende til den, som ville frembringe en positiv ladning i systemet, så de betragtes som bærere af positiv ladning.

Derefter finder en invers effekt sted, da nogle elektroner kan falde fra ledningsbåndet, indtil valenslaget frigiver energi i processen, hvilket modtager navnet på rekombination.

Ekstrinsikre halvledere

De er i overensstemmelse med at indeholde urenheder inden for ledende ledere; det vil sige ved at inkorporere trivalente eller pentavalente elementer.

Denne proces er kendt som doping og har til formål at øge materialernes ledningsevne for at forbedre de fysiske og elektriske egenskaber af disse.

Ved at erstatte et indre halvlederatom for et atom af en anden komponent kan der opnås to typer extrinsiske halvledere, som er detaljeret nedenfor.

Halvleder type P

I dette tilfælde er urenheden et trivalent halvlederelement; det vil sige med tre (3) elektroner i sin valensskal.

Intrusive elementer i strukturen kaldes dopingelementer. Eksempler på disse elementer til halvledere af type P er bor (B), gallium (Ga) eller indium (In).

Manglende en valenselektron til dannelse af de fire kovalente bindinger af en indre halvleder har halvlederen P-typen et hul i den manglende link.

Dette gør passage af elektroner, der ikke tilhører det krystallinske netværk gennem dette positive ladningsbærerhul.

På grund af den positive ladning af forbindelsesgabet kaldes denne type ledere med bogstavet "P" og følgelig genkendes de som elektronacceptorer.

Strømmen af ​​elektroner gennem hullerne i bindingen frembringer en elektrisk strøm, som strømmer i modsat retning til strømmen afledt af fri elektroner.

Halvleder type N

Det påtrængende element i konfigurationen er givet af pentavalente elementer; det vil sige dem, der har fem (5) elektroner i valensbåndet.

I dette tilfælde er urenhederne, der er indarbejdet i den indre halvleder, elementer som fosfor (P), antimon (Sb) eller arsen (As).

Dopanterne har en ekstra valenselektron, som ved ikke at have et kovalent led til at forbinde, er automatisk fri til at bevæge sig gennem det krystallinske netværk.

Her cirkulerer den elektriske strøm gennem materialet takket være overskuddet af fri elektroner, der leveres af dopanten. Derfor anses halvledere af typen N som elektrondonorer.

funktioner

Halvledere er kendetegnet ved deres dobbelte funktionalitet, energieffektivitet, anvendelsesmuligheder og lave omkostninger. De mest fremragende egenskaber ved halvledere er beskrevet nedenfor.

- Dets respons (dirigent eller isolator) kan variere afhængigt af elementets følsomhed til belysning, elektriske felter og magnetiske felter i miljøet.

- Hvis halvlederen udsættes for en lav temperatur, vil elektronerne blive holdt sammen i valensbåndet, og der vil derfor ikke opstå fri elektroner til strømning af elektrisk strøm. 

Hvis halvlederen er udsat for høje temperaturer, kan termisk vibration derimod påvirke styrken af ​​de kovalente bindinger af elementatomer, hvilket giver fri elektroner til elektrisk ledning..

- Halvledernes konduktivitet varierer afhængigt af andelen af ​​urenheder eller dopningselementer inde i en indre halvleder.

For eksempel, hvis 10 boratomer er inkluderet i en million siliciumatomer, øger dette forhold konduktiviteten af ​​forbindelsen tusind gange sammenlignet med rent siliciums konduktivitet..

- Halvledernes konduktivitet varierer i intervallet mellem 1 og 10-6 S.cm-1, afhængigt af hvilken type kemisk element der anvendes.

- Sammensatte halvledere eller extrinsic kan udvise optiske og elektriske egenskaber betydeligt overlegne med egenskaberne af halvleder intrínsecos.Un eksempel på dette aspekt er galliumarsenid (GaAs), der hovedsagelig anvendes radiofrekvens applikationer og andre optoelektroniske applikationer.

applikationer

Halvledere anvendes i vid udstrækning som råmateriale i samlingen af ​​elektroniske elementer, der er en del af vores daglige liv, såsom integrerede kredsløb.

Et af hovedelementerne i et integreret kredsløb er transistorer. Disse enheder opfylder funktionen af ​​at tilvejebringe et udgangssignal (oscillerende, forstærket eller udbedret) ifølge et specifikt indgangssignal.

Desuden er halvledere også det primære materiale af dioder, der anvendes i elektroniske kredsløb for at tillade passage af elektrisk strøm i kun en retning.

Til konstruktion af dioder formes ekstrinsiske halvlederledstyper type P og type N. Ved alternerende bærerelementer og elektrondonorer aktiveres en balancemekanisme mellem begge zoner..

Således skærer elektronerne og hullerne i begge zoner og supplerer hinanden, hvor det er nødvendigt. Dette sker på to måder:

- Overførslen af ​​elektroner fra N-typen zone til P-zonen sker. N-typen-zonen opnår en overvejende positiv belastningszone.

- En passage af elektronbærende huller fra P-typen zone til N-typen zone er præsenteret. P-typen zone erhverver en overvejende negativ ladning.

Endelig oprettes et elektrisk felt, der inducerer strømmenes cirkulation i kun én retning; det vil sige fra zone N til zone P.

Desuden kan kombinationer af indre og ekstrinsiske halvledere producere enheder, der udfører funktioner svarende til et vakuumrør, der indeholder dets lydstyrke hundreder af gange.

Denne type applikationer gælder for integrerede kredsløb, såsom mikroprocessorchips, der dækker en betydelig mængde elektrisk energi.

Halvledere er til stede i elektroniske enheder, som vi bruger i vores dagligdag, såsom brunt udstyr som fjernsyn, videoafspillere, lydudstyr; computere og mobiltelefoner.

eksempler

Den mest anvendte halvleder i elektronikindustrien er silicium (Si). Dette materiale er til stede i de enheder, der udgør de integrerede kredsløb, der er en del af vores dag til dag.

Germanium og siliciumlegeringer (SiGe) anvendes i højhastigheds-integrerede kredsløb til radarer og forstærkere af elektriske instrumenter, såsom elektriske guitarer.

Et andet eksempel på halvleder er galliumarsenid (GaAs), der i vid udstrækning anvendes i signalforstærkere, specielt signaler med høj forstærkning og lavt lydniveau.

referencer

  1. Brian, M. (s.f.) Hvordan halvledere arbejder. Hentet fra: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Intrinsic og extrinsic halvledere. Hentet fra: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Hentet fra: whatis.techtarget.com
  4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Det Forenede Kongerige. Hentet fra: britannica.com
  5. Hvad er halvledere? (N.D.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Hentet fra: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, Den Frie Encyklopædi (2018). Semiconductor. Hentet fra: en.wikipedia.org