Halvledere
Halvledere kan differentieres som intrinsisk og ekstrinsisk som pr spørgsmålet om renhed pågældende. Halvledere af P-type og N-type kommer begge under ekstrinsiske halvledere. Så hvad er forskellen?
halvledere har en monumental indvirkning på vores verden. De findes i hjertet af enhver elektrisk enhed, der er computeriseret eller bruger radiobølger. De er ofte lavet af silicium, deraf navnet Silicon Valley, hvor mange af nutidens største tech – virksomheder kan findes-silicium er kernen i stort set enhver elektronisk enhed.,
silicium anvendes så bredt i halvledere, fordi det er et rigeligt element – det kan for eksempel findes i sand og kvarts – som har en ideel elektronisk struktur. Med fire elektroner i sin ydre orbital kan silicium danne flotte krystalstrukturer, og de fire elektroner kan danne perfekte kovalente bindinger med fire tilstødende atomer for at skabe et gitter.
I carbon, andet element, med fire elektroner i sin yderste orbital, denne krystallinske struktur er kendt som en diamant., I silicium er denne krystallinske struktur et sølvfarvet, metallisk udseende stof. Selvom de ser metalliske ud, er siliciumkrystaller faktisk ikke metaller; en siliciumkrystal er en nærisolator, og kun en lille mængde elektricitet vil strømme gennem den.
ved doping af silicium kan alt dette dog ændres, og det er her, når halvledere af p – og n-type dannes.
forståelse af halvledere af p – og N-type
i halvledere som silicium er doping en proces, der med vilje indfører urenheder i en iboende halvleder., Det involverer en kemisk reaktion, der tillader urenheder at danne ionbindinger med siliciumatomer i dets krystal.
formålet med doping er at modulere dets elektriske, optiske og strukturelle egenskaber. Når en halvleder har gennemgået doping, betegnes den derefter som en ekstrinsisk halvleder. I modsætning hertil er en halvleder i en ren udoped form en iboende halvleder.
Ved siliciumdoping er der to typer urenheder: n-type og p-type.
ved doping af N-type tilsættes arsen eller fosfor i små mængder til silicium., Begge disse elementer har fem elektroner i deres ydre orbitaler, og de er derfor ikke ude af sted, når de kommer ind i siliciumkrystallinsk struktur. Da den femte elektron ikke har noget at binde til, er den fri til at bevæge sig rundt, så en elektrisk strøm kan strømme gennem silicium.
ved doping af p-type anvendes bor eller gallium som dopingmiddel. Disse elementer har hver tre elektroner i deres ydre orbitaler. Når de blandes i siliciumgitteret, danner de’ huller ‘ i valensbåndet af siliciumatomer., Dette betyder, at elektronerne i valensbåndet bliver mobile, og hullerne bevæger sig i modsat retning af elektronernes bevægelse. Fordi doteringsmidlet er fastgjort i krystalgitteret, kan kun de positive ladninger bevæge sig. På grund af de positive huller er disse halvledere kendt som “p-type” (eller “p-ledende” eller “p-doteret”).
Så hvad er forskellen?
i n-type silicium har elektronerne en negativ ladning, deraf navnet n-type., I p-type silicium skabes effekten af en positiv ladning i fravær af en elektron, dermed navnet p-type.
materialeforskellen mellem doping af n – og p-type er den retning, i hvilken elektronerne strømmer gennem halvlederens aflejrede lag. Både n-og p-type silicium er gode (men ikke store!) ledere af elektricitet.
at sætte dem sammen
n – og p-type silicium er ikke noget fantastisk alene. Når du sætter dem sammen, imidlertid, interessant adfærd udstilles i krydset mellem de to.,
en diode er det enkleste mulige eksempel på en halvlederenhed, der bruger både n – og p-type silicium. Det tillader en elektrisk strøm at strømme i en enkelt retning. Forestil dig en turnstile på et fodboldstadion-en diode er en envejs turnstile gate for elektroner.
Alt kommer ned til p-n junction., N-type silicium har ekstra elektroner, og der er atomer på p-siden, der har brug for elektroner, så elektroner migrerer over krydset. (Alternativt: p-siden har ekstra huller, og der er atomer på n-siden, der har brug for huller, så hullerne vandrer over krydset.) Disse elektroner og huller – bærere af elektrisk ladning – nær krydset kombinerer og annullerer hinanden, hvilket efterlader en neutral ‘udtømning’ zoneone, hvor ingen elektrisk ladning strømmer.,
Men, atomer på hver side af udtømning zone ønsker at erhverve elektroner/slippe af med huller til at blive neutrale, men da der ikke er nogen frie ladningsbærere i udtømning zone, de kan ikke gøre det. De trækker på ladningsbærerne, der krydsede krydset, men fordi udtømnings zoneonen ikke har nogen ladningsbærere at give op, bevæger intet sig over.
Ved at anvende et elektrisk felt til p-n junction (fx ved hjælp af en batteri) du kan enten slukke dioden er krydset ind i en isolator, eller en dirigent.,
Hvis du forbinder den negative (-ve) ende af batteriet til s-side, og den positive (+ve) end til n-side (“reverse bias’), frie ladningsbærere er trukket til side, og udtømningen zone udvider. Dette gør krydset til en isolator og hæmmer yderligere elektrisk strømstrøm.
Men, hvis du tilslutter -ve ende af batteriet til n-side og +ve ende til p-siden (‘forward bias’), ladningsbærere er skubbet ind i midten, slå ud udtømning zone og dreje p-n junction til en dirigent., Dette skyldes, at huller fra p-siden afvises af +ve-enden af batteriet, og elektroner i n-siden afvises af-ve-enden af batteriet. Atomer ved krydset kan nu aflevere ladningsbærere til hinanden, så strømmen kan strømme frit.
Dette er et meget grundlæggende eksempel på, hvordan den mest elementære type halvlederenhed, dioden, fungerer. Sæt et par milliarder af disse sammen back-to-back, og du har en computerchip!