De halvledare är element som utför funktionen hos ledare eller isolatorer selektivt, beroende på de yttre förhållanden som de utsätts för, såsom temperatur, tryck, strålning och magnetiska eller elektriska fält.
I det periodiska systemet finns 14 halvledarelement närvarande, bland annat kisel, germanium, selen, kadmium, aluminium, gallium, bor, indium och kol. Halvledare är kristallina fasta ämnen med medel elektrisk ledningsförmåga, så de kan användas dubbelt som en ledare och en isolator.
Om de används som ledare tillåter de under vissa förhållanden cirkulation av elektrisk ström, men bara i en riktning. Dessutom har de inte så hög ledningsförmåga som ledande metaller..
Halvledare används i elektroniska applikationer, speciellt för tillverkning av komponenter såsom transistorer, dioder och integrerade kretsar. De används också som tillbehör eller komplement till optiska sensorer, som halvledarlaser och vissa kraftenheter för elektriska kraftöverföringssystem..
För närvarande används denna typ av element för teknisk utveckling inom telekommunikation, styrsystem och signalbehandling, både inom hushåll och industri..
Artikelindex
Det finns olika typer av halvledarmaterial beroende på föroreningarna och deras fysiska svar på olika miljöstimuli..
De är de element vars molekylära struktur består av en enda typ av atom. Bland denna typ av inneboende halvledare är silico och germanium.
Molekylstrukturen hos inneboende halvledare är tetrahedral; det vill säga den har kovalenta bindningar mellan fyra omgivande atomer, som presenteras i bilden nedan.
Varje atom i en inneboende halvledare har fyra valenselektroner; det vill säga fyra elektroner som kretsar i det yttersta skalet av varje atom. I sin tur bildar var och en av dessa elektroner bindningar med intilliggande elektroner..
På detta sätt har varje atom åtta elektroner i sitt mest ytliga skikt, vilket bildar en solid bindning mellan elektronerna och atomerna som utgör kristallgitteret..
På grund av denna konfiguration rör sig elektroner inte lätt inom strukturen. Således, under standardförhållanden, beter sig inneboende halvledare som en isolator.
Ledningsförmågan hos den inneboende halvledaren stiger emellertid när temperaturen ökar, eftersom vissa valenselektroner absorberar värmeenergi och separeras från bindningarna..
Dessa elektroner blir fria elektroner och, om de riktas riktigt av en elektrisk potentialskillnad, kan de bidra till strömflödet i kristallgitteret..
I det här fallet hoppar de fria elektronerna in i ledningsbandet och går till den potentiella källans positiva pol (till exempel ett batteri).
Valenselektronernas rörelse inducerar ett vakuum i den molekylära strukturen, vilket översätts till en effekt liknande den som produceras av en positiv laddning i systemet, varför de betraktas som bärare av positiv laddning..
Sedan inträffar en omvänd effekt, eftersom vissa elektroner kan falla från ledningsbandet till valensskalet som frigör energi i processen, vilket kallas rekombination.
De överensstämmer med att inkludera orenheter i de inneboende ledarna; genom att inkorporera trevärda eller femvärda element.
Denna process är känd som dopning och dess syfte är att öka ledningsförmågan hos material, för att förbättra deras fysiska och elektriska egenskaper..
Genom att ersätta en inneboende halvledaratom med en atom av en annan komponent kan två typer av yttre halvledare erhållas, vilka beskrivs nedan.
I detta fall är orenheten ett trevärt halvledarelement; det vill säga med tre (3) elektroner i sitt valensskal.
De påträngande elementen i strukturen kallas dopingelement. Exempel på dessa element för halvledare av P-typ är bor (B), gallium (Ga) eller indium (In).
Saknar en valenselektron för att bilda de fyra kovalenta bindningarna hos en inneboende halvledare, halvledaren av P-typ har ett gap i den saknade bindningen.
Detta gör att elektroner som inte tillhör det kristallina gitteret passerar genom detta hål som bär en positiv laddning..
På grund av den positiva laddningen i bindningshålet kallas dessa typer av ledare med bokstaven "P" och följaktligen erkänns de som elektronacceptorer.
Flödet av elektroner genom hålen i bindningen producerar en elektrisk ström som cirkulerar i motsatt riktning till strömmen som härrör från de fria elektronerna.
Det påträngande elementet i konfigurationen ges av femvärda element; det vill säga de som har fem (5) elektroner i valensbandet.
I detta fall är föroreningarna som införlivas i den inneboende halvledaren element som fosfor (P), antimon (Sb) eller arsenik (As).
Dopanter har en extra valenselektron som, utan att ha någon kovalent bindning att binda till, automatiskt är fri att röra sig genom kristallgitteret.
Här cirkulerar den elektriska strömmen genom materialet tack vare överskottet av fria elektroner som tillhandahålls av dopmedlet. Därför anses halvledare av N-typ vara elektrondonatorer..
Halvledare kännetecknas av sin dubbla funktionalitet, energieffektivitet, mångfald av applikationer och låga kostnader. De framträdande egenskaperna hos halvledare beskrivs nedan.
- Dess respons (ledande eller isolerande) kan variera beroende på elementets känslighet för belysning, elektriska fält och magnetfält i miljön..
- Om halvledaren utsätts för låg temperatur förblir elektronerna förenade i valensbandet och därför kommer inga fria elektroner att uppstå för cirkulationen av elektrisk ström.
Å andra sidan, om halvledaren utsätts för höga temperaturer, kan termisk vibration påverka styrkan hos de kovalenta bindningarna av elementets atomer och lämnar lediga elektroner för elektrisk ledning..
- Ledningsförmågan hos halvledare varierar beroende på andelen föroreningar eller dopningselement inom en inneboende halvledare.
Till exempel, om 10 boratomer ingår i en miljon kiselatomer, ökar det förhållandet konduktiviteten hos föreningen tusen gånger jämfört med konduktiviteten för rent kisel..
- Ledningsförmågan hos halvledare varierar inom ett område mellan 1 och 10-6 S.cm-1, beroende på vilken typ av kemiskt element som används.
- Sammansatta eller yttre halvledare kan uppvisa optiska och elektriska egenskaper som är betydligt överlägsna egenskaperna hos inneboende halvledare. Ett exempel på detta är galliumarsenid (GaAs), som huvudsakligen används i radiofrekvenser och andra optoelektroniska applikationer..
Halvledare används ofta som råvara vid montering av elektroniska element som ingår i vårt dagliga liv, till exempel integrerade kretsar..
Ett av huvudelementen i en integrerad krets är transistorer. Dessa enheter uppfyller funktionen att tillhandahålla en utsignal (oscillerande, förstärkt eller rättad) enligt en specifik insignal.
Dessutom är halvledare också det primära materialet i dioder som används i elektroniska kretsar för att tillåta passage av elektrisk ström i endast en riktning..
För diodutformning bildas yttre halvledarkorsningar av P-typ och N-typ. Genom att alternera elektrondonator- och bärelement aktiveras en balanseringsmekanism mellan båda zonerna..
Således skärs elektronerna och hålen i båda zonerna och kompletterar varandra vid behov. Detta sker på två sätt:
- Överföringen av elektroner från N-typzonen till P-zonen sker. N-typzonen erhåller en övervägande positiv laddningszon.
- Det finns en passage av elektronbärande hål från P-typzonen till N-typzonen. P-typzonen får en övervägande negativ laddning.
Slutligen bildas ett elektriskt fält som inducerar strömmen i endast en riktning; det vill säga från zon N till zon P.
Dessutom kan kombinationer av inneboende och yttre halvledare producera enheter som utför liknande funktioner som ett vakuumrör som innehåller hundratals gånger volymen..
Denna typ av applikation gäller integrerade kretsar, såsom mikroprocessorchips som täcker en betydande mängd elektrisk energi..
Halvledare finns i elektroniska apparater som vi använder i vårt dagliga liv, såsom utrustning för bruna linjer som TV-apparater, videospelare, ljudutrustning; datorer och mobiltelefoner.
Den mest använda halvledaren i elektronikindustrin är kisel (Si). Detta material finns i enheterna som utgör de integrerade kretsarna som är en del av vår dag till dag.
Silicium germaniumlegeringar (SiGe) används i höghastighetsintegrerade kretsar för radar och förstärkare av elektriska instrument, såsom elektriska gitarrer..
Ett annat exempel på en halvledare är galliumarsenid (GaAs), som ofta används i signalförstärkare, speciellt för signaler med hög förstärkning och låg brusnivå..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.