Półprzewodniki
Półprzewodniki mogą być różnicowane jako wewnętrzne i zewnętrzne w zależności od czystości. Półprzewodniki typu P I N wchodzą w skład półprzewodników zewnętrznych. Co za różnica?
Półprzewodniki mają ogromny wpływ na nasz świat. Znajdują się one w sercu każdego urządzenia elektrycznego, które jest skomputeryzowane lub wykorzystuje fale radiowe. Są one często wykonane z krzemu, stąd nazwa Silicon Valley, gdzie można znaleźć wiele dzisiejszych największych firm technologicznych – krzem jest rdzeniem praktycznie każdego urządzenia elektronicznego.,
krzem jest tak szeroko stosowany w półprzewodnikach, ponieważ jest obfitym pierwiastkiem – można go znaleźć na przykład w piasku i kwarcu-który ma idealną strukturę elektroniczną. Z czterema elektronami w swoim zewnętrznym orbitalu, krzem może tworzyć ładne struktury krystaliczne, a cztery elektrony mogą tworzyć doskonałe wiązania kowalencyjne z czterema sąsiadującymi atomami, tworząc sieć.
w węglu, innym pierwiastku z czterema elektronami w swoim zewnętrznym orbitalu, ta krystaliczna struktura jest znana jako diament., W krzemie ta krystaliczna struktura jest srebrzystą, metalicznie wyglądającą substancją. Chociaż wyglądają na metaliczne, kryształy krzemu nie są w rzeczywistości metalami; kryształ krzemu jest blisko izolatora i tylko niewielka ilość energii elektrycznej będzie przez niego przepływać.
poprzez domieszkowanie krzemu wszystko to można jednak zmienić, i to właśnie wtedy powstają Półprzewodniki typu p i N.
zrozumienie półprzewodników typu p I n
w półprzewodnikach takich jak krzem, doping jest procesem, który celowo wprowadza zanieczyszczenia do wewnętrznego półprzewodnika., Polega na reakcji chemicznej, która pozwala zanieczyszczeniom na tworzenie wiązań jonowych z atomami krzemu w krysztale.
celem dopingu jest modulowanie jego właściwości elektrycznych, optycznych i strukturalnych. Gdy półprzewodnik został poddany dopingowi, jest następnie określany jako półprzewodnik zewnętrzny. W przeciwieństwie do tego, półprzewodnik w czystej postaci niedomykalnej jest półprzewodnikiem wewnętrznym.
w dopingu krzemowym istnieją dwa rodzaje zanieczyszczeń: typu n i typu P.
w dopingu typu n do krzemu dodaje się w małych ilościach arsen lub fosfor., Oba te pierwiastki mają pięć elektronów w swoich zewnętrznych orbitalach, a więc nie są na miejscu, gdy dostają się do krystalicznej struktury krzemu. Ponieważ piąty elektron nie ma z czym wiązać, może swobodnie się poruszać, umożliwiając przepływ prądu elektrycznego przez krzem.
w dopingu typu p jako domieszkę stosuje się Bor lub gal. Każdy z tych pierwiastków ma trzy elektrony w swoich zewnętrznych orbitalach. Po zmieszaniu ich z siatką Krzemową tworzą „dziury” w paśmie walencyjnym atomów krzemu., Oznacza to, że elektrony w paśmie walencyjnym stają się ruchome, a otwory poruszają się w przeciwnym kierunku do ruchu elektronów. Ponieważ domieszka jest zamocowana w sieci krystalicznej, tylko ładunki dodatnie mogą się poruszać. Ze względu na dodatnie otwory, Półprzewodniki te są znane jako „typu p ” (lub” P-przewodzące „lub”P-domieszkowane”).
więc jaka jest różnica?
w krzemie typu n elektrony mają ładunek ujemny, stąd nazwa typu N., W krzemie typu p efekt ładunku dodatniego powstaje przy braku elektronu, stąd nazwa typu P.
różnica materialna między domieszką typu n I p jest kierunkiem, w którym elektrony przepływają przez osadzone warstwy półprzewodnika. Zarówno krzem typu n, jak i P są dobre (ale nie świetne!) przewodników energii elektrycznej.
poskładanie ich w całość
Silikon Typu N I p nie jest niczym niesamowitym. Po złożeniu ich razem, jednak interesujące zachowanie jest eksponowane na skrzyżowaniu między nimi.,
DIODA jest najprostszym możliwym przykładem urządzenia półprzewodnikowego wykorzystującego zarówno krzem typu n, jak i P. Umożliwia przepływ prądu elektrycznego w jednym kierunku. Wyobraź sobie kołowrót na stadionie piłkarskim-DIODA jest jednokierunkową bramą kołowrotu dla elektronów.
wszystko sprowadza się do złącza p-n., Krzem typu N ma dodatkowe elektrony, a po stronie p znajdują się atomy, które potrzebują elektronów, więc elektrony migrują przez złącze. (Alternatywnie: strona p ma dodatkowe otwory, a po stronie n są atomy, które potrzebują otworów, więc otwory migrują przez złącze.) Te elektrony i dziury-nośniki ładunku elektrycznego-w pobliżu złącza łączą się i usuwają, pozostawiając neutralną strefę „wyczerpania”, w której nie przepływa ładunek elektryczny.,
jednak Atomy po obu stronach strefy wyczerpania chcą uzyskać elektrony / pozbyć się dziur, aby stać się neutralne, ale ponieważ w strefie wyczerpania nie ma wolnych nośników ładunku, nie mogą tego zrobić. Ciągną na nośnikach ładunku, które przekroczyły skrzyżowanie, ale ponieważ strefa wyczerpania nie ma żadnych nośników ładunku do porzucenia, nic się nie przesuwa.
stosując pole elektryczne do złącza p-n (np. używając akumulatora), możesz zamienić złącze diody w izolator lub przewód.,
Po podłączeniu ujemnego (-ve) końca akumulatora do strony p, A dodatniego (+ve) do strony n („odwrotne odchylenie”), nośniki wolnego ładowania są odsuwane na bok, a strefa wyczerpania się rozszerza. To zamienia złącze w izolator i dodatkowo hamuje przepływ prądu elektrycznego.
Jeśli jednak podłączysz koniec-ve akumulatora do strony n, A koniec +ve do strony p („forward bias”), nośniki ładunku są popychane do środka, eliminując strefę wyczerpania i zamieniając złącze p-n w przewód., Dzieje się tak, ponieważ otwory po stronie p są odpychane przez koniec + ve baterii, a elektrony po stronie n są odpychane przez koniec-ve baterii. Atomy na złączu mogą teraz przekazywać sobie nośniki ładunku, umożliwiając swobodny przepływ prądu.
jest to bardzo podstawowy przykład na to, jak działa najbardziej elementarny typ urządzenia półprzewodnikowego, dioda. Poskładaj kilka miliardów razem, a będziesz miał chip komputerowy!