Полупроводнички уређаји и склопови, примене

Полупроводнички уређаји и склопови, примене

Полупроводнички уређај се састоји од материјала који није ни добар проводник ни добар изолатор, назива се полупроводник. Такви уређаји су успоставили широку примену због своје поузданости, компактности и ниске цене. То су дискретне компоненте које се користе у уређајима за напајање, оптичким сензорима компактности и емитерима светлости, укључујући солид-стате ласере. Имају широк спектар могућности руковања струјом и напоном, са номиналном струјом већом од 5.000 ампера и напоном већом од 100.000 волти. Што је још важније, полупроводнички уређаји могу се интегрисати у сложене, али лако изграђене микроелектронске склопове. Имају вероватну будућност, кључне елементе већине електронских система, укључујући комуникацију са опремом за обраду података, потрошачима и индустријском контролом.



Шта су полупроводнички уређаји?

Полупроводнички уређаји нису ништа друго до електронске компоненте који искоришћавају електронска својства полупроводничких материјала, попут силицијума, германијума и галијум арсенида, као и органских полупроводника. Полупроводнички уређаји су заменили вакуумске цеви у многим апликацијама. Они користе електронску проводљивост у чврстом стању за разлику од термионске емисије у високом вакууму. Полупроводнички уређаји се производе и за дискретне уређаје и интегрисаних кола , који се састоје од неколико до милијарди уређаја произведених и међусобно повезаних на једној полупроводничкој подлози или плочици.


Полупроводнички уређаји

Полупроводнички уређаји





Полупроводнички материјали корисни су својим понашањем којим се лако може манипулисати додавањем нечистоћа познат као допинг. Проводљивост полупроводника може се контролисати електричним или магнетним пољем, излагањем светлости или топлоти или механичком деформацијом допиране монокристалне решетке, па полупроводници могу створити изврсне сензоре. Проводљивост струје у полупроводнику се јавља без електрона и рупа, заједнички познатих као носачи наелектрисања. Допинг силицијума се врши додавањем мале количине атома нечистоће, а такође и фосфора или бора, значајно повећава број електрона или рупа у полупроводнику.

Када допирани полупроводник садржи вишак рупа, назива се полупроводник „п-типа“ (позитиван за рупе), а када садржи одређени вишак слободних електрона, познат је као полупроводник „н-типа“ (негативан за електроне), знак напуњености већине мобилних носача пуњења. Спојеви који су настали тамо где су полупроводници н-типа и п-типа спојени називају се п-н-спој.



Диоде

Полупроводник диода је уређај типично састављен од једног п-н споја. Спој полупроводника п-типа и н-типа формира област исцрпљивања где је проводљивост струје резервисана недостатком мобилних носача наелектрисања. Када је уређај унапред пристрасан, ово подручје исцрпљивања је смањено, што омогућава значајно проводење, када је диода обрнуто пристрасно, може се постићи једино мање струје и подручје исцрпљивања се може проширити. Излагање полупроводника светлости може створити парове електронских рупа, што повећава број слободних носача, а самим тим и проводљивост. Диоде оптимизоване да искористе овај феномен познате су као фотодиоде. Сложене полупроводничке диоде се такође користе за стварање светлости, диода које емитују светлост и ласерских диода.

Диоде

Диоде

Транзистор

Транзистори са биполарним спојем су формирани од два п-н споја, било у п-н-п или н-п-н конфигурацији. Средина или основа, регион између чворова је обично врло узак. Остали региони и с њима повезани терминали познати су као емитер и колектор. Мала струја која се убризгава кроз спој између базе и емитора мења својства споја основног колектора тако да може да спроводи струју иако је обрнуто пристрасна. Ово ствара већу струју између колектора и емитора, а контролише је струја основног емитора.


Транзистор

Транзистор

Друга врста транзистора названа као транзистор са ефектом поља , делује на принципу да проводљивост полупроводника може да се повећа или смањи присуством електричног поља. Електрично поље може повећати број електрона и рупа у полупроводнику, мењајући тако његову проводљивост. Електрично поље се може применити помоћу обрнуто пристрасног п-н споја и формира транзистор са ефектом поља споја (ЈФЕТ) или помоћу електроде изоловане од расуте грађе оксидним слојем и формира метал-оксидни полупроводнички транзистор са пољским ефектом (МОСФЕТ).

Сада се дан највише користи у МОСФЕТ-у, полупроводничком уређају и полупроводничким уређајима. Електрода капије је напуњена да произведе електрично поље које може да контролише проводљивост „канала“ између два терминала, назива се извор и одвод. У зависности од врсте носача у каналу, уређај може бити н-канални (за електроне) или п-канални (за рупе) МОСФЕТ.

Материјали полупроводничких уређаја

Силицијум (Си) је материјал који се највише користи у полупроводничким уређајима. Има ниже трошкове сировина и релативно једноставан поступак. Његов користан опсег температура чини га тренутно најбољим компромисом међу разним конкурентским материјалима. Силикон који се користи у производњи полупроводничких уређаја тренутно се производи у посудама пречника довољно великог да омогуће производњу облатни од 300 мм (12 инча).

Германијум (Ге) је био широко коришћен у раним полупроводничким материјалима, али његова топлотна осетљивост чини мање корисним од силицијума. У данашње време германијум је често легиран (Си) силицијумом за употребу у СиГе уређајима велике брзине. ИБМ је главни произвођач таквих уређаја.

Галијум арсенид (ГаАс) се такође широко користи са уређајима за велике брзине, али до сада је било тешко формирати посуде великог пречника од овог материјала, ограничавајући величине пречника облатне знатно мање од силицијумских облатни, што чини масовну производњу галијум арсенида (ГаАс) уређаји знатно скупљи од силицијума.

Списак уобичајених полупроводничких уређаја

Листа уобичајених полупроводничких уређаја углавном укључује два терминала, три терминала и четири терминална уређаја.

Уобичајени полупроводнички уређаји

Уобичајени полупроводнички уређаји

Уређаји са два терминала су

  • Диода (исправљачка диода)
  • Гунн диоде
  • ИМПАЦТ диоде
  • Ласерска диода
  • Зенер диода
  • Сцхоттки диода
  • ПИН диода
  • Тунел диода
  • Диода која емитује светлост (ЛЕД)
  • Фото транзистор
  • Пхотоцелл
  • Соларна ћелија
  • Диода за сузбијање прелазног напона
  • ВЦСЕЛ

Уређаји са три терминала су

Уређаји са четири терминала су

  • Фото спојница (оптоцоуплер)
  • Халов сензор ефекта (сензор магнетног поља)

Примене полупроводничких уређаја

Све врсте транзистора могу се користити као градивни блокови логичких капија , што је корисно за дизајн дигиталних кола. У дигиталним круговима попут микропроцесора, транзистора, који, на пример, делује као прекидач (он-офф) у МОСФЕТ-у, напон примењен на капију одређује да ли је прекидач укључен или искључен.

Транзистори се користе за аналогне склопове, а не делују као прекидачи (укључено-искључено), већ реагују на непрекидни опсег улаза са непрекидним опсегом излаза. Уобичајени аналогни кругови укључују осцилаторе и појачала. Кола која се повезују или преводе између аналогних и дигиталних кола су позната као кола са мешовитим сигналима.

Предности полупроводничких уређаја

  • Како полупроводнички уређаји немају нити, стога није потребна снага да би се загревале да би изазвале емисију електрона.
  • С обзиром да гријање није потребно, полупроводнички уређаји почињу да раде чим се коло укључи.
  • Током рада полупроводнички уређаји не производе брујање.
  • Полупроводнички уређаји захтевају рад на ниском напону у поређењу са вакуумским цевима.
  • Захваљујући малим величинама, кругови који укључују полупроводничке уређаје су врло компактни.
  • Полупроводнички уређаји су отпорни на ударце.
  • Полупроводнички уређаји су јефтинији у поређењу са вакуумским цевима.
  • Полупроводнички уређаји имају готово неограничен животни век.
  • Како у полупроводничким уређајима не треба стварати вакуум, они немају проблема са погоршањем вакуума.

Мане полупроводничких уређаја

  • Ниво буке је већи код полупроводничких уређаја у поређењу са нивоом вакуумских цеви.
  • Обични полупроводнички уређаји не могу да поднесу више снаге као што то могу обичне вакуумске цеви.
  • У опсегу високих фреквенција имају лош одзив.

Дакле, овде се ради о различитим врстама полупроводничких уређаја који укључују два терминала, три терминала и четири терминална уређаја. Надамо се да сте боље разумели овај концепт. Даље, било какве сумње у вези са овим концептом или електричним и електронским пројектима, молимо вас да дате своје коментаре коментаришући у одељку за коментаре испод. Ево питања за вас, које су примене полупроводничких уређаја?

Фото кредити: