Halvledare Typer, applikationer och exempel

den halvledar de är element som utför funktionen av 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 tabellen finns 14 halvledarelement, bland annat kisel, germanium, selen, kadmium, aluminium, gallium, bor, indium och kol. Halvledare är kristallina fastämnen med en medelstor elektrisk ledningsförmåga, så att de kan användas på dubbelt sätt som en ledare och en isolator.

Om de används som ledare tillåter förhållanden vid cirkulation av elektrisk ström, men endast i en riktning. De har inte heller en konduktivitet som är så hög som ledande metaller.

Halvledare används i elektroniska tillämpningar, speciellt för tillverkning av komponenter som transistorer, dioder och integrerade kretsar. De används även som tillbehör eller tillbehör till optiska sensorer, såsom laserskivor och vissa kraftenheter för elöverföringssystem..

För närvarande används denna typ av element för teknologisk utveckling inom områdena telekommunikation, styrsystem och signalbehandling, både inom hushålls- och industriapplikationer.

index

• 1 typer
  • 1.1 Intrinsic halvledare
  • 1.2 Extrinsiska halvledare
• 2 egenskaper
• 3 applikationer
• 4 exempel
• 5 referenser

Typ

Det finns olika typer av halvledarmaterial, beroende på de orenheter de presenterar och deras fysiska svar på olika miljöstimuli.

Intrinsic halvledare

Är de element vars molekylära struktur består av en enda typ av atom. Bland denna typ av inneboende halvledare är silico och germanium.

Den molekylära strukturen hos inneboende halvledare är tetraedral; det vill säga den har kovalenta bindningar mellan fyra omgivande atomer, som presenteras i bilden nedan.

Varje atom av en inneboende halvledare har 4 valenselektroner; det vill säga 4 elektroner kretsar i det yttersta lagret av varje atom. I sin tur bildar var och en av dessa elektroner bindningar med intilliggande elektroner.

Sålunda har varje atom 8 elektroner i ytskiktet, varigenom en fast förbindelse mellan elektronerna och de atomer som utgör kristallgittret bildas.

På grund av denna konfiguration rör sig inte elektronerna lätt inom strukturen. Under normala förhållanden uppträder således inneboende halvledare som en isolator.

Konduktiviteten hos den inneboende halvledaren stiger dock när temperaturen ökar, eftersom vissa valenselektroner absorberar värmeenergi och skiljer sig från bindningarna.

Dessa elektroner blir fria elektroner och om de är korrekt åtgärdade av en skillnad i elektrisk potential kan de bidra till cirkulationen av strömmen i det kristallina gitteret.

I det här fallet hoppa de fria elektronerna till ledningsbandet och går till den potentiella källans positiva pol (t.ex. ett batteri).

Rörelsen av de valenselektroner inducerar ett vakuum i den molekylära strukturen, vilket resulterar i ett liknande utbyte en positiv laddning i systemet effekt, så de betraktas som positiva laddningsbärare.

Därefter sker en invers effekt, eftersom vissa elektroner kan falla från ledningsbandet tills valensskiktet släpper energi i processen, vilket mottar namnet rekombination.

Extrinsiska halvledare

De överensstämmer med att innehålla föroreningar inom inbördes ledare; det vill säga genom att inkorporera trivalenta eller pentavalenta element.

Denna process är känd som dopning och syftar till att öka materialets ledningsförmåga för att förbättra de fysiska och elektriska egenskaperna hos dessa.

Vid byte en atom intrinsisk halvledare med en atom av en annan komponent kan erhållas två typer av extrinsiska halvledare, som beskrivs nedan.

Halvledartyp P

I detta fall är föroreningen ett trivalent halvledarelement; det vill säga med tre (3) elektroner i sitt valensskal.

Intrusiva element inom strukturen kallas dopningselement. Exempel på dessa element för halvledare av typen P är bor (B), gallium (Ga) eller indium (In).

Saknar valenselektron för att bilda de fyra kovalenta bindningar av en inneboende halvledare, har ett gap i den felande länken av P-typ halvledar.

Detta gör passage av elektroner som inte hör till det kristallina nätverket genom detta positiva laddningsbärhål.

På grund av den positiva laddningen av länkens lucka kallas denna typ av ledare med bokstaven "P" och följaktligen är de igenkända som elektronacceptorer.

Flödet av elektroner genom förbindningarnas gap ger en elektrisk ström som strömmar i motsatt riktning mot strömmen härrörande från fria elektroner.

Halvledartyp N

Det påträngande elementet i konfigurationen ges av pentavalenta element; det vill säga de som har fem (5) elektroner i valensbandet.

I detta fall, är föroreningar införlivas i de inneboende halvledarelementen är såsom fosfor (P), antimon (Sb) eller arsenik (As).

Dopmedlen har en extra valenselektron som genom att inte ha en kovalent länk att ansluta, automatiskt befinner sig i det kristallina nätverket.

Här cirkulerar elströmmen genom materialet tack vare överskottet av fria elektroner som tillhandahålls av dopmedlet. Därför betraktas halvledare av N-typ som elektrondonatorer.

särdrag

Halvledare kännetecknas av deras dubbla funktionalitet, energieffektivitet, mångfald av applikationer och låg kostnad. De mest framstående egenskaperna hos halvledarna beskrivs nedan.

- Dess svar (ledare eller isolator) kan variera beroende på elementets känslighet till belysningen, elektriska fält och magnetfält i miljön.

- Om halvledaren utsätts för en låg temperatur kommer elektronerna att hållas ihop i valensbandet och därför kommer inga fria elektroner att uppstå för cirkulation av elektrisk ström. 

Men om halvledaren utsätts för höga temperaturer, kan den termiska vibrationen påverka hållfastheten hos de kovalenta bindningarna i atomerna hos elementet, som är gratis för elektriska ledningselektroner.

- Halvledarens konduktivitet varierar beroende på andelen orenheter eller dopningselement i en egenhalvledare.

Om exempelvis 10 boratomer ingår i en miljon kiselatomer, ökar detta förhållande konduktiviteten hos föreningen tusen gånger jämfört med rent kiselledningsförmåga..

- Halvledarens konduktivitet varierar i intervallet mellan 1 och 10^-6 S.cm^-1, beroende på vilken typ av kemiskt element som används.

- Sammansatta halvledare eller extrinsic kan uppvisa optiska och elektriska egenskaper avsevärt överlägsna egenskaperna hos halvledar intrínsecos.Un exempel på denna aspekt är galliumarsenid (GaAs), till övervägande del används i radiofrekvenstillämpningar och andra optoelektroniska tillämpningar.

tillämpningar

Halvledare används ofta som råmaterial vid montering av elektroniska element som ingår i vårt dagliga liv, såsom integrerade kretsar.

En av huvudelementen i en integrerad krets är transistorer. Dessa enheter uppfyller funktionen att tillhandahålla en utsignal (oscillerande, förstärkt eller likriktad) enligt en specifik insignal.

Dessutom är halvledare också det primära materialet av dioder som används i elektroniska kretsar för att tillåta passage av elektrisk ström i endast en riktning.

För utformningen av dioder, är korsningar av extrinsiska halvledar P-typ och N-typ Växla bärare och elektrondonatorer som bildas, är en balanseringsmekanism aktiveras mellan de två zonerna.

Således skär elektronerna och hålen i båda zonerna och kompletterar varandra där så är nödvändigt. Detta sker på två sätt:

- Överföringen av elektroner från N-typzonen till P-zonen sker. N-typzonen erhåller en övervägande positiv laddningszon.

- En passage av elektronbärande hål från P-typzonen till N-typzonen presenteras. P-typzonen förvärvar en övervägande negativ laddning.

Slutligen skapas ett elektriskt fält som inducerar strömens cirkulation i endast en riktning; det vill säga från zon N till zon P.

Dessutom kan kombinationer av inneboende och extrinsiska halvledare producera enheter som utför funktioner som liknar ett vakuumrör som innehåller sin volym hundratals gånger.

Denna typ av applikationer gäller för integrerade kretsar, såsom mikroprocessorchips som täcker en avsevärd mängd elektrisk energi.

Halvledare förekommer i elektroniska apparater som vi använder i våra dagliga liv, till exempel bruna linjer som tv-apparater, videospelare, ljudutrustning, datorer och mobiltelefoner.

exempel

Den vanligaste halvledaren inom elektronikindustrin är kisel (Si). Detta material är närvarande i de enheter som utgör de integrerade kretsarna som ingår i vår dag.

Germanium och kisellegeringar (SiGe) används i höghastighets integrerade kretsar för radar och förstärkare av elektriska instrument, såsom elektriska gitarrer.

Ett annat exempel på halvledare är galliumarsenid (GaAs), allmänt använd i signalförstärkare, speciellt signaler med hög förstärkning och låg ljudnivå.

referenser

1. Brian, M. (s.f.) Hur halvledare arbetar. Hämtad från: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Intrinsic och extrinsic halvledare. Hämtad från: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Hämtad från: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Storbritannien. Hämtad från: britannica.com
5. Vad är halvledare? (N.D.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Hämtad från: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, den fria encyklopedin (2018). Semiconductor. Hämtad från: en.wikipedia.org