puolijohteet

Fyysinen

2022

Selitämme, mikä sähköpuolijohde on, sen tyypit, sovellukset ja esimerkit. Lisäksi johtavat ja eristävät materiaalit.

Yleisimmin käytetty puolijohde on pii.

Mikä on puolijohde?

Puolijohteet ovat materiaaleja, jotka voivat toimia sähköjohtimina tai sähköeristeinä riippuen fyysisistä olosuhteista, joissa niitä esiintyy. Nämä olosuhteet sisältävät yleensä lämpötila ja Paine, säteilyn esiintyvyys tai intensiteetit sähkökenttä tai magneettikenttä jolle materiaali altistetaan.

Puolijohteet koostuvat kemiallisia alkuaineita hyvin vaihtelevia keskenään, jotka itse asiassa tulevat muilta alueilta kuin Jaksollinen järjestelmä, mutta niillä on yhteisiä tiettyjä kemiallisia ominaisuuksia (yleensä ne ovat neliarvoisia), mikä antaa niille erityiset sähköiset ominaisuudet. Tällä hetkellä eniten käytetty puolijohde on pii (Si), erityisesti teollisuudessa elektroniikka ja tietojenkäsittelyä.

Englantilainen fyysikko ja luonnontieteilijä Stephen Gray (1666-1736) löysi puolijohteet eristysmateriaalien ohella vuonna 1727, mutta niiden käyttäytymistä ja ominaisuuksia kuvaavat lait kuvaili paljon myöhemmin, vuonna 1821 kuuluisa saksalainen fyysikko Georg Simon. Ohm. (1789-1854).

Puolijohdesovellukset

Puolijohteet ovat erityisen hyödyllisiä elektroniikkateollisuudessa, koska ne mahdollistavat ohjauksen ja moduloinnin sähkövirta tarvittavien mallien mukaan. Tästä syystä on tavallista, että he ovat tottuneet:

  • Transistorit
  • Integroidut piirit
  • Sähködiodit
  • Optiset anturit
  • Solid state laserit
  • Sähkökäyttöiset modulaattorit (kuten sähkökitaravahvistin)

Puolijohteiden tyypit

Puolijohteita voi olla kahta eri tyyppiä riippuen niiden vasteesta fyysiseen ympäristöön, jossa ne ovat:

Sisäiset puolijohteet

Ne koostuvat yhdestä tyypistä atomeja, järjestetty sisään molekyylejä tetraedriset (eli neljä atomia, joiden valenssi on 4) ja niiden atomit yhdistävät kovalenttiset sidokset.

Tämä kemiallinen kokoonpano estää liikettä vapaa jostakin elektroneja molekyylin ympärillä, paitsi lämpötilan nousu: silloin elektronit ottavat osan Energiaa käytettävissä ja "hyppää", jättäen vapaan tilan, joka käännetään positiiviseksi varaukseksi, joka puolestaan ​​houkuttelee uusia elektroneja. Tätä prosessia kutsutaan rekombinaatioksi ja sen määräksi lämpöä tähän vaadittava määrä riippuu kyseessä olevasta kemiallisesta alkuaineesta.

Ulkoiset puolijohteet

Nämä materiaalit mahdollistavat dopingprosessin, toisin sanoen ne mahdollistavat jonkin tyyppisten epäpuhtauksien sisällyttämisen atomikonfiguraatioonsa. Riippuen näistä epäpuhtauksista, jotka voivat olla viisiarvoisia tai kolmiarvoisia, puolijohdemateriaalit jaetaan kahteen:

  • N-tyypin ulkoiset puolijohteet (luovuttajat). Tämän tyyppisissä materiaaleissa elektroneja on enemmän kuin vapaan varauksen reikiä tai kantajia (positiivisen varauksen "tilat". Kun materiaaliin kohdistetaan potentiaaliero, vapaat elektronit liikkuvat materiaalin vasemmalle puolelle ja reiät sitten oikealle. Kun reiät saavuttavat äärimmäisen oikean, ulkoisen piirin elektronit tulevat puolijohteeseen ja tapahtuu sähkövirran siirto.
  • Ulkoiset P-tyypin puolijohteet (akseptorit). Näissä materiaaleissa lisätty epäpuhtaus sen sijaan että lisäisi käytettävissä olevia elektroneja, lisää reikiä, joten puhutaan lisätystä akseptorimateriaalista, koska elektronien kysyntä on suurempi kuin saatavuus ja jokainen vapaa "tila", johon elektronin pitäisi mennä, palvelee helpottaa virran kulkua.

Esimerkkejä puolijohdemateriaaleista

Puolijohteet toimivat sähkönsiirron modulaattoreina.

Yleisimmät ja käytetyt puolijohteet ala ovat:

  • Pii (Si)
  • Germanium (Ge), usein sisällä metalliseokset piitä
  • galliumarsenidi (GaAs)
  • Rikki
  • Happi
  • Kadmium
  • Seleeni
  • intialainen
  • Muut kemialliset materiaalit, jotka syntyvät jaksollisen järjestelmän ryhmien 12 ja 13 alkuaineiden yhdistelmästä ryhmien 16 ja 15 alkuaineiden kanssa.

Johtavia materiaaleja

Toisin kuin puolijohteet, joiden sähkönjohtavuusominaisuudet vaihtelevat, johtavat materiaalit ovat aina valmiita välittämään sähköä sähköä, johtuen sen atomien elektronisesta konfiguraatiosta. Tämä johtavuus voi vaihdella, ja ympäristön fyysinen tila voi vaikuttaa siihen jossain määrin sähkönjohtavuus se ei ole ehdoton.

Esimerkkejä johtavista materiaaleista ovat suurin osa metallit (rautaa, elohopeaa, kupari-, alumiini jne.) ja Vesi.

Eristysmateriaalit

Lopuksi eristysmateriaaleja ovat ne, jotka vastustavat sähkön johtumista, eli jotka estävät sen läpikulun elektroneja ja siksi ne ovat hyödyllisiä suojaamaan itseään sähköltä, estämään sitä juoksemasta vapaasti tai oikosululta. Eristimet eivät myöskään eristä sataprosenttisesti tehokkaasti, niillä on raja (läpimurtojännite), jonka yläpuolella energia on niin voimakasta, että ne eivät pysty ylläpitämään tilaansa eristimenä ja siten välittämään sähkövirtaa ainakin jossain määrin.

Esimerkkejä eristysmateriaaleista ovat muovi-, keramiikkaa, lasia, puuta ja paperia.

!-- GDPR -->