Semiconductors Typen, Toepassingen en Voorbeelden

de halfgeleider het zijn elementen die selectief de functie van geleiders of isolatoren vervullen, afhankelijk van de externe omstandigheden waaraan ze worden blootgesteld, zoals temperatuur, druk, straling en magnetische of elektrische velden.

In het periodiek systeem zijn 14 halfgeleiderelementen aanwezig, waaronder silicium, germanium, seleen, cadmium, aluminium, gallium, boor, indium en koolstof. Halfgeleiders zijn kristallijne vaste stoffen met een gemiddelde elektrische geleidbaarheid, zodat ze op een dubbele manier kunnen worden gebruikt als een geleider en een isolator.

Als ze worden gebruikt als geleiders, staat de condities onder bepaalde omstandigheden circulatie van elektrische stroom toe, maar slechts in één richting. Ook hebben ze niet een geleidbaarheid zo hoog als die van geleidende metalen.

Halfgeleiders worden gebruikt in elektronische toepassingen, met name voor de vervaardiging van componenten zoals transistors, diodes en geïntegreerde schakelingen. Ze worden ook gebruikt als accessoires of accessoires voor optische sensoren, zoals solid-state lasers, en sommige voedingsapparaten voor elektrische transmissiesystemen..

Op dit moment wordt dit type elementen gebruikt voor technologische ontwikkelingen op het gebied van telecommunicatie, besturingssystemen en signaalverwerking, zowel in huishoudelijke als industriële toepassingen..

index

• 1 soorten
  • 1.1 Intrinsieke halfgeleiders
  • 1.2 Extrinsieke halfgeleiders
• 2 kenmerken
• 3 toepassingen
• 4 voorbeelden
• 5 Referenties

type

Er zijn verschillende soorten halfgeleidermaterialen, afhankelijk van de onzuiverheden die ze bevatten en hun fysieke reactie op verschillende omgevingsstimuli.

Intrinsieke halfgeleiders

Zijn die elementen waarvan de moleculaire structuur is opgebouwd uit een enkel type atoom. Onder dit type intrinsieke halfgeleiders is silico en germanium.

De moleculaire structuur van intrinsieke halfgeleiders is tetrahedraal; dat wil zeggen, het heeft covalente bindingen tussen vier omringende atomen, zoals weergegeven in de onderstaande afbeelding.

Elk atoom van een intrinsieke halfgeleider heeft 4 valentie-elektronen; dat wil zeggen, 4 elektronen cirkelen in de buitenste laag van elk atoom. Op hun beurt vormt elk van deze elektronen verbindingen met aangrenzende elektronen.

Op deze manier heeft elk atoom 8 elektronen in zijn meest oppervlakkige laag, wat een solide unie vormt tussen de elektronen en de atomen die het kristalrooster vormen.

Vanwege deze configuratie bewegen de elektronen niet gemakkelijk binnen de structuur. Dus onder standaardomstandigheden gedragen intrinsieke halfgeleiders zich als een isolator.

De geleidbaarheid van de intrinsieke halfgeleider stijgt echter wanneer de temperatuur stijgt, aangezien sommige valentie-elektronen warmte-energie absorberen en zich scheiden van de bindingen..

Deze elektronen worden vrije elektronen en als ze op de juiste manier worden aangepakt door een verschil in elektrisch potentieel, kunnen ze bijdragen aan de circulatie van stroom in het kristallijne rooster.

In dit geval springen de vrije elektronen naar de geleidingsband en gaan naar de positieve pool van de potentiële bron (bijvoorbeeld een batterij).

De beweging van valentie-elektronen induceert een vacuüm in de moleculaire structuur, wat zich vertaalt in een effect vergelijkbaar met dat wat een positieve lading in het systeem zou produceren, dus ze worden beschouwd als dragers van positieve lading.

Vervolgens vindt een omgekeerd effect plaats, omdat sommige elektronen uit de geleidingsgordel kunnen vallen totdat de valentie laag energie vrijgeeft in het proces, dat de naam van recombinatie ontvangt..

Extrinsieke halfgeleiders

Ze conformeren zich door onzuiverheden op te nemen in intrinsieke geleiders; dat wil zeggen, door trivalente of vijfwaardige elementen op te nemen.

Dit proces staat bekend als doping en heeft tot doel de geleidbaarheid van materialen te verhogen, om de fysische en elektrische eigenschappen hiervan te verbeteren.

Door een intrinsiek halfgeleideratoom te vervangen door een atoom van een andere component, kunnen twee soorten extrinsieke halfgeleiders worden verkregen, die hieronder worden beschreven.

Halfgeleider type P

In dit geval is de onzuiverheid een driewaardig halfgeleiderelement; dat wil zeggen, met drie (3) elektronen in zijn valentie-omhulsel.

Opdringerige elementen binnen de structuur worden dopingelementen genoemd. Voorbeelden van deze elementen voor halfgeleiders van het P-type zijn boor (B), gallium (Ga) of indium (in).

Bij gebrek aan een valentie-elektron om de vier covalente bindingen van een intrinsieke halfgeleider te vormen, heeft de halfgeleider van het P-type een gat in de ontbrekende schakel.

Dit maakt de doorgang van elektronen die niet tot het kristallijne netwerk behoren door dit positieve ladingsdragergat.

Vanwege de positieve lading van de opening van de schakel, wordt dit type geleiders aangeduid met de letter "P" en worden ze bijgevolg herkend als elektronenacceptors.

De stroom van elektronen door de openingen van de binding produceert een elektrische stroom die in de tegenovergestelde richting stroomt naar de stroom die is afgeleid van vrije elektronen.

Halfgeleider type N

Het opdringerige element in de configuratie wordt gegeven door vijfwaardige elementen; dat wil zeggen, die met vijf (5) elektronen in de valentieband.

In dit geval zijn de onzuiverheden die zijn opgenomen in de intrinsieke halfgeleider elementen zoals fosfor (P), antimoon (Sb) of arseen (As).

De doteerstoffen hebben een extra valentie-elektron dat, door geen covalente link te hebben om mee te doen, automatisch vrij is om door het kristallijne netwerk te bewegen.

Hier circuleert de elektrische stroom door het materiaal dankzij het overschot aan vrije elektronen die door het doteermiddel worden verschaft. Daarom worden N-type halfgeleiders als elektronendonors beschouwd.

features

Semiconductors worden gekenmerkt door hun dubbele functionaliteit, energie-efficiëntie, diversiteit aan applicaties en lage kosten. De meest opvallende kenmerken van halfgeleiders worden hieronder beschreven.

- De respons (geleider of isolator) kan variëren afhankelijk van de gevoeligheid van het element voor de verlichting, elektrische velden en magnetische velden van de omgeving..

- Als de halfgeleider wordt onderworpen aan een lage temperatuur, zullen de elektronen bij elkaar worden gehouden in de valentieband en daarom zullen er geen vrije elektronen ontstaan ​​voor de circulatie van elektrische stroom. 

Als daarentegen de halfgeleider wordt blootgesteld aan hoge temperaturen, kan thermische vibratie de sterkte van de covalente binding van de elementatomen beïnvloeden, waardoor er vrije elektronen overblijven voor elektrische geleiding..

- De geleidbaarheid van halfgeleiders varieert afhankelijk van de hoeveelheid verontreinigingen of dopingelementen in een intrinsieke halfgeleider.

Als bijvoorbeeld 10 booratomen zijn opgenomen in een miljoen siliciumatomen, verhoogt die verhouding de geleidbaarheid van de verbinding duizend keer, vergeleken met de geleidbaarheid van zuiver silicium..

- De geleidbaarheid van halfgeleiders varieert in een bereik van 1 tot 10^-6 S.cm^-1, afhankelijk van het type gebruikt chemisch element.

- Samengestelde halfgeleiders of extrinsieke kunnen optische en elektrische eigenschappen aanzienlijk beter dan de eigenschappen van de halfgeleider intrínsecos.Un voorbeeld van dit aspect vertonen gallium arsenide (GaAs), voornamelijk gebruikt radiofrequentie toepassingen en andere opto-elektronische toepassingen.

toepassingen

Semiconductors worden veel gebruikt als grondstof bij de assemblage van elektronische elementen die deel uitmaken van ons dagelijks leven, zoals geïntegreerde schakelingen.

Een van de belangrijkste elementen van een geïntegreerd circuit zijn transistors. Deze apparaten vervullen de functie van het leveren van een uitgangssignaal (oscillerend, versterkt of gelijkgericht) volgens een specifiek ingangssignaal.

Bovendien zijn halfgeleiders ook het primaire materiaal van dioden die in elektronische circuits worden gebruikt om de stroom in slechts één richting door te laten.

Voor het ontwerp van diodes worden extrinsieke halfgeleiderverbindingen van het type P en type N gevormd, door afwisselend dragerelementen en elektronendonoren wordt een balansmechanisme tussen beide zones geactiveerd..

Dus de elektronen en de gaten in beide zones kruisen elkaar en vullen elkaar aan waar nodig. Dit gebeurt op twee manieren:

- De overdracht van elektronen van de N-type zone naar de P-zone gebeurt.De N-type zone verkrijgt een overwegend positieve laadzone.

- Een passage van elektronendragende gaten van de P-type zone naar de N-type zone wordt gepresenteerd.De P-type zone verkrijgt een overwegend negatieve lading.

Tenslotte wordt een elektrisch veld gecreëerd dat de circulatie van de stroom in slechts één richting induceert; dat wil zeggen, van zone N naar zone P.

Bovendien kan het gebruik van combinaties van intrinsieke en extrinsieke halfgeleiders apparaten produceren die functies uitvoeren die vergelijkbaar zijn met een vacuümbuis die honderden keren zijn volume bevat.

Dit type toepassingen is van toepassing op geïntegreerde schakelingen, zoals microprocessorchips die een aanzienlijke hoeveelheid elektrische energie afdekken.

Halfgeleiders zijn aanwezig in elektronische apparaten die we in ons dagelijks leven gebruiken, zoals apparatuur met bruine lijnen zoals televisies, videospelers, geluidsapparatuur; computers en mobiele telefoons.

Voorbeelden

De meest gebruikte halfgeleider in de elektronica-industrie is silicium (Si). Dit materiaal is aanwezig in de apparaten waaruit de geïntegreerde schakelingen bestaan ​​die deel uitmaken van onze dag tot dag.

Germanium en silicium legeringen (SiGe) worden gebruikt in high-speed geïntegreerde schakelingen voor radars en versterkers van elektrische instrumenten, zoals elektrische gitaren.

Een ander voorbeeld van een halfgeleider is galliumarsenide (GaAs), dat veel wordt gebruikt in signaalversterkers, met name signalen met een hoge versterking en een laag ruisniveau.

referenties

1. Brian, M. (s.f.) Hoe Semiconductors werkt. Teruggeplaatst van: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Intrinsieke en extrinsieke halfgeleiders. Teruggeplaatst van: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Teruggeplaatst van: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Verenigd Koninkrijk. Teruggeplaatst van: britannica.com
5. Wat zijn halfgeleiders? (N.D.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Teruggeplaatst van: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Teruggeplaatst van: en.wikipedia.org