Free Press

În acest articol, vom vedea câte ceva despre dispozitivele semiconductoare în general, care sunt unele dintre tipurile de dispozitive semiconductoare cunoscute în mod obișnuit și multe alte aspecte ale semiconductoarelor.

Introducere

În ultimii 70 de ani, semiconductoarele au devenit un element crucial în producția de electronice. De la inventarea tranzistorului, lumea electronicii a fost întotdeauna pe o curbă exponențială în ceea ce privește cercetarea, dezvoltarea, fabricarea, aducerea de noi dispozitive și tehnologii.

Dispozitivele electronice se referă la manipularea informațiilor, adică la transmiterea, achiziția și prelucrarea de mare viteză în domenii precum industria și producția, comunicațiile, artele, medicina și chiar în război.

Dar toate acestea pot fi redate în inima electronicii moderne și a fabricării acesteia: Dispozitivele semiconductoare.

Chiar dacă un sistem electronic este fabricat cu ajutorul metalelor, izolatorilor și semiconductorilor (mai multe despre aceștia mai târziu), semiconductorii sunt considerați coloana vertebrală a electronicii.

Ce este un semiconductor?

Înainte de a intra în discuția despre diferitele tipuri de dispozitive semiconductoare, este esențial să avem o idee despre ce este un semiconductor.

Simplu vorbind Semiconductorii sunt materiale care nu sunt nici conductori, nici izolatori. Dezvoltând puțin mai mult acest aspect, materialele sunt clasificate în Conductori, Izolatori și Semiconductori pe baza capacității lor de a conduce electricitate.

Conductorii sunt materiale cu o capacitate foarte bună de a conduce electricitate. De obicei, metalele au o bună conductivitate electrică și puteți găsi Cupru sau Aluminiu în instalațiile electrice din casa dumneavoastră.

În schimb, Izolatorii sunt materiale cu o conductivitate electrică foarte proastă. Sticla, lemnul și hârtia sunt exemple bune de izolatori.

Acum să vorbim despre o categorie importantă de materiale pentru discuția noastră, și anume semiconductorii. La temperatura camerei, semiconductorii sunt materiale cu o conductivitate electrică mai mică decât cea a Conductoarelor, dar cu o conductivitate electrică mai mare decât cea a Izolatorilor.

NOTA: Pentru o înțelegere mai detaliată a semiconductorilor, trebuie să săpați adânc în minunata și complicata Mecanică Cuantică, care „cu siguranță” iese din sfera de aplicare a acestei discuții.

Materiale semiconductoare

Să vorbim în termeni de conductivitate electrică cu unități de Ω-1 cm-1, materialele semiconductoare sunt cele cu conductivitate electrică între 10-9 Ω-1 cm-1 și 102 Ω-1 cm-1.

În mod tradițional, elementele din grupa IV, cum ar fi siliciul (Si) și germaniul (Ge), sunt considerate materiale semiconductoare elementare, adică semiconductoare cu o singură specie de atomi.

Există și alte tipuri de materiale semiconductoare care pot fi formate prin combinarea elementelor din grupa III cu cea a elementelor din grupa V și sunt cunoscute sub numele de semiconductori compuși. Arsenura de galiu (GaAs) este cel mai cunoscut material semiconductor din această categorie și, de fapt, este al doilea după siliciu ca material semiconductor cel mai frecvent utilizat.

Ce sunt dispozitivele semiconductoare?

În cuvinte simple, dispozitivele semiconductoare sunt un tip de componente electronice care au fost proiectate, dezvoltate și fabricate pe baza materialelor semiconductoare precum siliciul (Si), germaniul (Ge) și arsenura de galiu (GaAs).

De la utilizarea lor la sfârșitul anilor 1940 (sau la începutul anilor 1950), semiconductorii au devenit principalul material în fabricarea produselor electronice și a variantelor sale, cum ar fi optoelectronica și termoelectronica.

Înainte de utilizarea materialelor semiconductoare în dispozitivele electronice, la proiectarea componentelor electronice se foloseau tuburi cu vid. Principala diferență între tuburile cu vid și dispozitivele semiconductoare este că în tuburile cu vid, conducerea electronilor are loc în stare gazoasă, în timp ce în cazul dispozitivelor semiconductoare, aceasta are loc în „stare solidă”.

Dispozitivele semiconductoare pot fi găsite atât ca dispozitive cu componente discrete, cât și ca circuite integrate.

De ce semiconductori?

Motivul principal pentru utilizarea dispozitivelor semiconductoare (și, prin urmare, a materialelor semiconductoare care stau la baza acestora) în fabricarea dispozitivelor și componentelor electronice este capacitatea de a manipula cu ușurință conductivitatea sa de purtători de sarcină, adică electroni și găuri.

După cum s-a menționat anterior, conductivitatea electrică a materialelor semiconductoare se situează între cea a conductorilor și cea a izolatorilor. Chiar și această conductivitate poate fi controlată în continuare de factori externi sau interni, cum ar fi câmpul electric, câmpul magnetic, lumina, temperatura și denaturarea mecanică.

Ignorând deocamdată factorii externi, cum ar fi temperatura și lumina, un proces numit dopaj este în general efectuat la materialele semiconductoare, în care o impuritate este introdusă în structura sa pentru a modifica proprietățile structurale, precum și cele electrice.

Un semiconductor pur este cunoscut sub numele de semiconductor intrinsec, în timp ce un semiconductor impur sau dopat este cunoscut sub numele de semiconductor extrinsec.

Când numărul de electroni liberi din structura semiconductorului este crescut după dopaj, semiconductorul este cunoscut sub numele de semiconductor de tip n. În mod similar, în cazul în care numărul de găuri este crescut, acesta este cunoscut sub numele de semiconductor de tip p.

Diferite tipuri de dispozitive semiconductoare

În cele ce urmează este o mică listă a unora dintre dispozitivele semiconductoare utilizate în mod obișnuit. Pe baza structurii fizice a dispozitivului, lista următoare este clasificată în Dispozitive cu două terminale și Dispozitive cu trei terminale.

Două-terminale Dispozitive semiconductoare

• Diodă
• Diodă Schottky
• Diodă emițătoare de lumină (LED)
• DIAC
• Diodă Zener
• Fotodiodă (fototransistor)
• Diodă PIN
• Diodă laser

.

• Diodă tunel
• Celulă foto
• Celulă solară
• Diodă Gunn
• Diodă IMPATT
• Diodă TVS (Diodă de supresie a tensiunii tranzitorii)
• VCSEL (Laser cu emisie de suprafață în cavitate verticală)

Trei-terminale dispozitive semiconductoare

• Transistor bipolar
• Transistor cu efect de câmp
• Transistor bipolar cu poartă izolată (IGBT)
• Darlington Tranzistor
• Rectificator controlat cu siliciu (SCR)
• TRIAC
• Tiriistor
• Tranzistor cu unijoncțiune

Există, de asemenea, câteva patru-semiconductori cu patru terminale, cum ar fi optocuplorul (fotocuplorul) și senzorul cu efect Hall.

Pentru mai multe informații despre unele dintre dispozitivele semiconductoare menționate mai sus, citiți „Dioda cu joncțiune P-N”, „Tranzistorul”, „Tiristorul”.

Aplicații ale dispozitivelor semiconductoare

După cum am menționat mai devreme, dispozitivele semiconductoare sunt la baza aproape tuturor dispozitivelor electronice. Unele dintre aplicațiile dispozitivelor semiconductoare sunt:

• Transistoarele sunt componentele principale în diverse circuite integrate, cum ar fi microprocesoarele.
• De fapt, ele sunt componentele principale în construcția porților logice și a altor circuite digitale.
• Transistoarele sunt, de asemenea, utilizate în circuitele analogice, cum ar fi amplificatoarele și oscilatoarele.

.