ПОЛУВОДИЧИ: ТИПОВИ, АПЛИКАЦИЈЕ И ПРИМЕРИ - ДУДАС

У полупроводници су елементи који врше функцију селективно проводни или изолационим, зависно од спољашњих услова којима су изложени, као што су температура, притисак, радијација и електричних или магнетних поља.

У периодичној табели је 14 полуводичких елемената, међу којима су силицијум, германијум, селен, кадмијум, алуминијум, галијум, бор, индијум и угљеник. Полупроводници су кристалне чврсте супстанце средње електричне проводљивости, па се могу двоструко користити као проводник и изолатор.

Ако се користе као проводници, под одређеним условима омогућавају циркулацију електричне струје, али само у једном правцу. Штавише, они немају тако високу проводљивост као проводљиви метали.

Полуводичи се користе у електронским апликацијама, посебно за производњу компоненти попут транзистора, диода и интегрисаних кола. Такође се користе као додаци или додаци за оптичке сензоре, као што су чврсти ласери и неки енергетски уређаји за електричне преносне системе.

Тренутно се ова врста елемената користи за технолошки развој у областима телекомуникација, управљачких система и обраде сигнала, како у домаћој тако и у индустријској примени.

Врсте

Постоје различите врсте полуводичких материјала, зависно од нечистоће коју представљају и њиховог физичког реаговања на различите подстицаје из окружења.

Унутарњи полуводичи

То су они елементи чија се молекуларна структура састоји од једне врсте атома. Међу ове врсте својствених полуводича су силикон и германијум.

Молекуларна структура својствених полуводича је тетраедарска; то јест, има ковалентне везе између четири околна атома, као што је приказано на слици испод.

Сваки атом својственог полуводича има 4 валентна електрона; то јест 4 електрона који орбитирају у најудаљенијој љусци сваког атома. Заузврат, сваки од ових електрона формира везе са суседним електронима.

На тај начин, сваки атом има 8 електрона у свом површинском слоју, стварајући тако чврсту везу између електрона и атома који чине кристалну решетку.

Због ове конфигурације, електрони се не крећу лако унутар структуре. Стога се, у стандардним условима, унутрашњи полуводичи понашају попут изолатора.

Међутим, проводљивост својственог полуводича расте када се температура повећа, јер неки валентни електрони апсорбују топлотну енергију и одвајају се од веза.

Ови електрони постају слободни електрони и, ако се правилно усмере због разлике у електричном потенцијалу, могу допринети протоку струје унутар кристалне решетке.

У овом случају, слободни електрони ускачу у проводни опсег и прелазе на позитивни пол потенцијалног извора (на пример, батерија).

Кретање валентних електрона индукује вакуум у молекуларној структури, што претвара у ефекат сличан ономе који производи позитиван набој у систему, због чега се сматрају носачима позитивног набоја.

Тада долази до обрнутог ефекта, јер неки електрони могу пасти из проводног опсега у валентну љуску, ослобађајући енергију у процесу, што се назива рекомбинацијом.

Вањски полуводичи

Они се подударају укључивањем нечистоће унутар унутрашњих проводника; то јест уградњом тровалентних или петовалентних елемената.

Овај поступак је познат као допинг и његова сврха је повећати проводљивост материјала, побољшати њихова физичка и електрична својства.

Заменом унутрашњег атома полуводича са атомом друге компоненте могу се добити две врсте вањских полуводича, које су детаљније описане у даљем тексту.

Полуводник типа П

У овом случају је нечистоћа тровалентни полуводички елемент; то јест, са три (3) електрона у својој валентној љусци.

Наметљиви елементи унутар структуре називају се допинг елементи. Примери ових елемената за полуводиче типа П су бор (Б), галијум (Га) или индијум (Ин).

Недостаје валентни електрон који би формирао четири ковалентне везе својственог полуводича, полуводич типа П има јаз у вези која недостаје.

Ово омогућава пролазак електрона који не припадају кристалној решетки кроз ову рупу која носи позитиван набој.

Због позитивног набоја празнине везе, ове врсте проводника су означене словом "П" и, сходно томе, препознате су као акцептори електрона.

Ток електрона кроз рупе у вези производи електричну струју која циркулише у супротном смеру од струје изведене из слободних електрона.

Полуводник Н типа

Наметљиви елемент у конфигурацији дају пентавалентни елементи; то јест, они који имају пет (5) електрона у валентном опсегу.

У овом случају, нечистоће које су уграђене у својствени полуводич су елементи попут фосфора (П), антимона (Сб) или арсена (Ас).

Лепкови имају додатни валентни електрон који, без ковалентне везе на коју се може везати, аутоматски се слободно креће кроз кристалну решетку.

Овде електрична струја циркулише кроз материјал захваљујући вишку слободних електрона које обезбеђује допант. Стога се полуводичи Н-типа сматрају донорима електрона.

карактеристике

Полуводичи се одликују двоструком функционалношћу, енергетском ефикасношћу, разноликошћу примене и ниском ценом. Истакнуте карактеристике полуводича детаљно су наведене у наставку.

- Његов одзив (проводни или изолациони) може варирати у зависности од осетљивости елемента на осветљење, електрична и магнетна поља у окружењу.

- Ако се полуводич подвргне ниској температури, електрони ће остати уједињени у валентном појасу и, самим тим, неће доћи до слободних електрона за циркулацију електричне струје.

С друге стране, ако је полуводич изложен високим температурама, топлотна вибрација може утицати на снагу ковалентних веза атома елемента, остављајући слободне електроне за електричну проводљивост.

- Проводљивост полуводича варира у зависности од удела нечистоће или допинг елемената у унутрашњем полуводичу.

На пример, ако је 10 атома бора укључено у милион атома силицијума, тај однос повећава проводљивост једињења хиљаду пута, у поређењу са проводљивошћу чистог силицијума.

- Проводљивост полуводича варира у интервалу између 1 и 10 ^-6 С.цм ^-1 , у зависности од врсте хемијског елемента који се користи.

- Композитни или вањски полуводичи могу имати оптичка и електрична својства знатно боља од својстава својствених полуводича, пример за то је арселид галијума (ГаАс), који се претежно користи у радиофреквенцијама и другим оптоелектронским апликацијама.

Апликације

Полупроводници се широко користе као сировина у састављању електронских елемената који су део нашег свакодневног живота, као што су интегрисани кругови.

Један од главних елемената интегрисаног кола су транзистори. Ови уређаји испуњавају функцију пружања излазног сигнала (осцилаторног, појачаног или исправљеног) у складу са одређеним улазним сигналом.

Поред тога, полуводичи су такође основни материјал за диоде које се користе у електронским круговима како би електрична струја могла да прође у само једном правцу.

За дизајн диода формирају се вањски полуводички спојеви типа П и Н. Наизменичним елементима донатора и носача електрона активира се механизам за уравнотежење између обе зоне.

Према томе, електрони и рупе у обе зоне се пресецају и надопуњују један другог где је потребно. То се догађа на два начина:

- Долази до преноса електрона из зоне Н типа у зону П, а зона Н добија претежно позитивну зону наелектрисања.

- Пролази рупа која носи електроне из зоне типа П у зону типа Н. П зона добија претежно негативан набој.

Коначно се формира електрично поље које индукује циркулацију струје само у једном правцу; то јест од зоне Н до зоне П.

Поред тога, коришћењем комбинација унутрашњих и вањских полуводича могу се произвести уређаји који обављају функције сличне вакуумској цеви која садржи стотине пута више запремине.

Ова врста примене односи се на интегрисана кола као што су микропроцесорски чипови који покривају знатну количину електричне енергије.

Полуводичи су присутни у електронским уређајима које користимо у свакодневном животу, попут смеђе линије опреме као што су телевизори, видео уређаји, звучна опрема; рачунари и мобилни телефони.

Примери

Најчешћи полупроводник у индустрији електронике је силицијум (Си). Овај материјал је присутан у уређајима који чине интегрисане склопове који су део нашег свакодневног живота.

Силиконске легуре силицијума (СиГе) користе се у интегрисаним круговима велике брзине за радаре и појачала електричних инструмената, као што су електричне гитаре.

Други пример полуводича је галијум арсенид (ГаАс), који се широко користи у појачавачима сигнала, посебно за сигнале са високим појачањем и ниским нивоом буке.

Референце

Бриан, М. (друго). Како раде полуводичи. Опоравак од: елецтроницс.ховстуффворкс.цом
Ландин, П. (2014). Унутарњи и вањски полуводичи. Опоравак од: пеландинтецно.блогспот.цом
Роусе, М. (друго). Полупроводник. Опоравак од: вхатис.тецхтаргет.цом
Семицондуцтор (1998). Енцицлопӕдиа Британница, Инц. Лондон, УК. Опоравак од: британница.цом
Википедиа, Слободна енциклопедија (2018). Полупроводник. Опоравак од: ес.википедиа.орг

ПОЛУВОДИЧИ: ТИПОВИ, АПЛИКАЦИЈЕ И ПРИМЕРИ - ДУДАС - 2025