W tym artykule, zobaczymy trochę o urządzeniach półprzewodnikowych w ogóle, jakie są niektóre powszechnie znane typy urządzeń półprzewodnikowych i wiele innych aspektów Semiconductors.
Outline
Wprowadzenie
W ciągu ostatnich 70 lat, półprzewodniki stały się kluczowym elementem w produkcji elektroniki. Od czasu wynalezienia tranzystora, świat elektroniki zawsze był na krzywej wykładniczej w zakresie badań, rozwoju, produkcji, przynosząc nowe urządzenia i technologie.
Urządzenia elektroniczne są wszystkie o obsłudze informacji, tj. szybkie przesyłanie, pozyskiwanie i przetwarzanie w dziedzinach przemysłu i produkcji, komunikacji, sztuki, medycyny, a nawet w działaniach wojennych.
Ale wszystkie te mogą być wybierane z powrotem do serca nowoczesnej elektroniki i jej produkcji: Przyrządów półprzewodnikowych.
Mimo że system elektroniczny jest produkowany z pomocą metali, izolatorów i półprzewodników (więcej o nich później), półprzewodniki są uważane za kręgosłup elektroniki.
Co to jest półprzewodnik?
Przed przejściem do dyskusji na temat różnych typów urządzeń półprzewodnikowych, ważne jest, aby mieć pojęcie o tym, co półprzewodnik jest.
Prosto mówiąc, półprzewodniki są materiałami, które nie są ani przewodnikami, ani izolatorami. Rozszerzając nieco więcej na ten temat, materiały są klasyfikowane jako przewodniki, izolatory i półprzewodniki w oparciu o ich zdolność do przewodzenia prądu elektrycznego.
Przewodniki są materiałami o bardzo dobrej zdolności przenoszenia energii elektrycznej. Zazwyczaj metale mają dobrą przewodność elektryczną i można znaleźć miedź lub aluminium w domu okablowania elektrycznego.
Przeciwnie, Izolatory są materiały o bardzo złej przewodności elektrycznej. Szkło, drewno i papier są dobrymi przykładami izolatorów.
Teraz porozmawiajmy o ważnej kategorii materiałów dla naszej dyskusji, tj. o półprzewodnikach. W temperaturze pokojowej, półprzewodniki są materiałami o niższej przewodności elektrycznej niż przewodniki, ale o wyższej przewodności elektrycznej niż izolatory.
UWAGA: Aby uzyskać bardziej szczegółowe zrozumienie na temat półprzewodników, musisz zagłębić się w pięknie skomplikowaną Mechanikę Kwantową, która jest „z pewnością” poza zakresem tej dyskusji.
Materiały półprzewodnikowe
Mówiąc w kategoriach przewodności elektrycznej z jednostkami Ω-1 cm-1, materiały półprzewodnikowe to takie, które mają przewodność elektryczną pomiędzy 10-9 Ω-1 cm-1 a 102 Ω-1 cm-1.
Tradycyjnie, pierwiastki grupy IV, takie jak krzem (Si) i german (Ge) są uważane za elementarne materiały półprzewodnikowe, tj. półprzewodniki zawierające tylko pojedyncze atomy.
Istnieją inne rodzaje materiałów półprzewodnikowych, które mogą być utworzone przez połączenie pierwiastków z grupy III z pierwiastkami z grupy V i są one znane jako półprzewodniki złożone. Arsenek galu (GaAs) jest najbardziej znanym materiałem półprzewodnikowym w tej kategorii i w rzeczywistości jest drugim po krzemie najczęściej używanym materiałem półprzewodnikowym.
Co to są urządzenia półprzewodnikowe?
W prostych słowach, urządzenia półprzewodnikowe są rodzajem komponentów elektronicznych, które zostały zaprojektowane, opracowane i wyprodukowane w oparciu o materiały półprzewodnikowe, takie jak krzem (Si), german (Ge) i arsenek galu (GaAs).
Od czasu ich użycia w późnych latach 40-tych (lub wczesnych 50-tych), półprzewodniki stały się głównym materiałem w produkcji elektroniki i jej odmian, takich jak optoelektronika i termoelektronika.
Przed użyciem materiałów półprzewodnikowych w urządzeniach elektronicznych, lampy próżniowe były używane do projektowania komponentów elektronicznych. Główna różnica pomiędzy lampami próżniowymi a urządzeniami półprzewodnikowymi polega na tym, że w lampach próżniowych przewodzenie elektronów zachodzi w stanie gazowym, natomiast w przypadku urządzeń półprzewodnikowych zachodzi ono w „stanie stałym”.
Urządzenia półprzewodnikowe można znaleźć zarówno jako urządzenia z elementami dyskretnymi, jak i układy scalone.
Dlaczego półprzewodniki?
Głównym powodem używania przyrządów półprzewodnikowych (a tym samym materiałów półprzewodnikowych) w produkcji urządzeń elektronicznych i komponentów jest możliwość łatwego manipulowania przewodnictwem nośników ładunku tj. elektronów i dziur.
Jak wspomniano wcześniej, przewodnictwo elektryczne materiałów półprzewodnikowych leży pomiędzy przewodnikami i izolatorami. Nawet to przewodnictwo może być dalej kontrolowane przez czynniki zewnętrzne lub wewnętrzne, takie jak pole elektryczne, pole magnetyczne, światło, temperatura i mechaniczne distortion.
Ignorując czynniki zewnętrzne, takie jak temperatura i światło na teraz, proces zwany Doping jest ogólnie wykonywane do materiałów półprzewodnikowych, gdzie zanieczyszczenie jest wprowadzany do jego struktury, aby zmienić strukturalne, jak również właściwości elektryczne.
Czysty półprzewodnik jest znany jako półprzewodnik wewnętrzny, podczas gdy nieczysty lub domieszkowany półprzewodnik jest znany jako półprzewodnik zewnętrzny.
Gdy liczba wolnych elektronów w strukturze półprzewodnika jest zwiększona po domieszkowaniu, półprzewodnik jest znany jako półprzewodnik typu n. Podobnie, jeśli dziury są zwiększone, to jest znany jako p-type semiconductor.
Różne rodzaje urządzeń półprzewodnikowych
Poniżej znajduje się mała lista niektórych powszechnie stosowanych urządzeń półprzewodnikowych. W oparciu o strukturę fizyczną urządzenia, poniższa lista jest podzielona na urządzenia dwukońcówkowe i trójkońcówkowe.
Dwu-terminalowe urządzenia półprzewodnikowe
- Dioda
- Dioda Schottky’ego
- Dioda elektroluminescencyjna (LED)
- DIAC
- Dioda Zenera
- Foto-dioda (fototranzystor)
- Dioda PIN
- Dioda laserowa
- Dioda laserowa
- Dioda tunelowa
- Dioda z wbudowanym złączem.
- Dioda tunelowa
- Photo Cell
- Solar Cell
- Dioda Gunn
- DiodaIMPATT
- DiodaTVS (Transient Voltage Suppression Diode)
- VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)
Trzy-Terminal Semiconductor Devices
- Tranzystor bipolarny
- Tranzystor polowy
- Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT)
- Tranzystorarlington Tranzystor
- Krzemowy prostownik sterowany (SCR)
- TRIAC
- Tyrystor
- Tranzystor jednozłączowy
Istnieje również kilka półprzewodników z czterema końcówkami jak np.półprzewodników z czterema końcówkami, takich jak Optocoupler (Fotocoupler) i Hall-effect Sensor.
Aby uzyskać więcej informacji na temat niektórych z wyżej wymienionych urządzeń półprzewodnikowych, przeczytaj „P-N Junction Diode”, „Transistor”, „Thyristor”.
Zastosowania urządzeń półprzewodnikowych
Jak wspomniano wcześniej, urządzenia półprzewodnikowe są podstawą prawie wszystkich urządzeń elektronicznych. Niektóre z zastosowań urządzeń półprzewodnikowych są:
- Tranzystory są głównymi elementami różnych układów scalonych, takich jak Microprocessors.
- W rzeczywistości, są one głównymi elementami w budowie bramek logicznych i innych obwodów cyfrowych.
- Tranzystory są również wykorzystywane w obwodach analogowych, takich jak wzmacniacze i oscylatorów.
.