A félvezető eszköz olyan anyagból készül, amely nem jó vezető és nem is jó szigetelő, félvezetőnek hívják. Az ilyen eszközök megbízhatóságuk, tömörségük és alacsony költségeik miatt széles körben alkalmazhatók. Ezek különálló alkatrészek, amelyeket áramforrásokban, kompakt optikai érzékelőkben és fénykibocsátókban használnak, ideértve a szilárdtest lézereket is. Az áram- és feszültségkezelési képességek széles skálájával rendelkeznek, az áramerősség meghaladja az 5000 ampert, a feszültség pedig meghaladja a 100 000 voltot. Ami még fontosabb, félvezető eszközök integrálódhatnak komplex, de könnyen felépíthető mikroelektronikus áramkörökbe. Valószínű jövőt várnak rájuk, az elektronikus rendszerek többségének kulcsfontosságú elemei, ideértve az adatfeldolgozó, a fogyasztói és az ipari vezérlő berendezésekkel folytatott kommunikációt.
Mik azok a félvezető eszközök?
A félvezető eszközök nem más, mint Elektromos alkatrészek amelyek kihasználják a félvezető anyagok, például szilícium, germánium és gallium-arzén, valamint a szerves félvezetők elektronikus tulajdonságait. A félvezető eszközök számos alkalmazásban felváltották a vákuumcsöveket. Az elektronvezetést szilárd állapotban használják, szemben a nagy vákuumban termionos emisszióval. A félvezető eszközöket diszkrét eszközökhöz és integrált áramkörök , amelyek néhány - milliárd eszközből állnak, amelyeket egyetlen félvezető hordozón vagy ostyán gyártanak és összekapcsolnak.
Félvezető eszközök
A félvezető anyagok viselkedésük alapján hasznosak, amelyek szennyeződések hozzáadásával könnyen manipulálhatók, doppingnak nevezik. A félvezető vezetőképessége szabályozható elektromos vagy mágneses mezővel, fénynek vagy hőnek való kitettséggel, vagy adalékolt monokristályos rács mechanikai deformációjával, így a félvezetők kiváló érzékelőket képesek létrehozni. A félvezető áramvezetése elektronoktól és furatoktól mentesen következik be, amelyeket együttesen töltéshordozóknak nevezünk. A szilícium doppingolása kis mennyiségű szennyező atom hozzáadásával történik, és a foszfor vagy a bór esetében is jelentősen megnő az elektronok vagy furatok száma a félvezetőn belül.
Ha egy adalékolt félvezető többlet lyukakat tartalmaz, akkor „p-típusú” (furatok esetén pozitív) félvezetőnek nevezzük, és ha némi felesleget tartalmaz szabad elektronok, akkor „n-típusú” (negatív az elektronok esetében) félvezetőnek nevezzük. a többségi mobil töltéshordozók díjának jele. Azokat a csomópontokat, amelyek az n- és a p-típusú félvezetők összekapcsolódásakor keletkeztek, p – n kereszteződésnek nevezzük.
Dióda
Félvezető dióda egy eszköz jellemzően egyetlen p-n elágazásból áll. A p-típusú és n-típusú félvezető találkozása egy kimerülési régiót képez, ahol az áramvezetést a mobil töltéshordozók hiánya tartja fenn. Ha az eszköz előre van előfeszítve, akkor ez a kimerülési régió csökken, ami jelentős vezetést tesz lehetővé, amikor a dióda fordított előfeszítésű, akkor csak kevesebb áram érhető el, és a kimerülési régió meghosszabbítható. A félvezető fénynek való kitétele elektronlyuk-párokat eredményezhet, ami növeli a szabad hordozók számát és ezáltal a vezetőképességet. A jelenség kihasználására optimalizált diódák fotodiódák. Összetett félvezető diódákat használnak fény, fénykibocsátó és lézerdiódák előállítására is.
Dióda
Tranzisztor
Bipoláris kereszteződésű tranzisztorok két p-n csomópont alkotja, akár p-n-p, akár n-p-n konfigurációban. A csomópontok közepe vagy alja, a régió általában nagyon keskeny. A többi régiót és a hozzájuk kapcsolódó terminálokat emitterként és gyűjtőként ismerik. Az alap és az emitter összekötő pontján keresztül befecskendezett kis áram megváltoztatja az alap kollektor csomópont tulajdonságait, így áramot vezethet, annak ellenére, hogy fordított előfeszített. Ez nagyobb áramot hoz létre a kollektor és az emitter között, amelyet az alap-emitter áram vezérel.
Tranzisztor
Egy másik típusú tranzisztor, amelynek neve: terepi tranzisztor , azon az elven működik, hogy a félvezető vezetőképessége növelhető vagy csökkenhet egy elektromos tér jelenlétével. Az elektromos mező növelheti az elektronok és furatok számát a félvezetőben, megváltoztatva ezzel vezetőképességét. Az elektromos mezőt fordított előfeszítésű p-n kereszteződéssel lehet alkalmazni, és ez képezi a csatlakozási mező hatású tranzisztort (JFET) vagy az elektródot, amelyet az ömlesztett anyagtól oxidréteg szigetelt, és ez egy fém-oxid félvezető mező hatású tranzisztor (MOSFET).
Napjainkban a legtöbbet használják a MOSFET-ben, egy szilárdtest-alapú eszközben és félvezető eszközökben. A kapuelektródot olyan elektromos tér előállítására töltik fel, amely képes szabályozni a két terminál közötti „csatorna” vezetőképességét, forrásnak és lefolyónak nevezik. A csatorna hordozójának típusától függően az eszköz lehet n-csatornás (elektronok esetén) vagy p-csatornás (lyukak esetén) MOSFET.
Félvezető eszközök anyagai
A szilícium (Si) a félvezető eszközökben használt anyag. Alacsonyabb alapanyagköltséggel és viszonylag egyszerű eljárással rendelkezik. Hasznos hőmérsékleti tartománya teszi jelenleg a legjobb kompromisszumot a különféle versenyző anyagok között. A félvezető eszközök gyártásában használt szilíciumot jelenleg olyan tálakba gyártják, amelyek átmérője elég nagy ahhoz, hogy 300 mm-es (12 hüvelykes) ostyákat lehessen gyártani.
A germániumot (Ge) széles körben használták a korai félvezető anyagokban, de hőérzékenysége kevésbé hasznos, mint a szilícium. Manapság a germániumot gyakran Si (szilícium) szilíciummal ötvözik nagyon nagy sebességű SiGe készülékekben történő felhasználás céljából. Az IBM az ilyen eszközök fő gyártója.
A gallium-arzenidet (GaAs) széles körben használják nagysebességű készülékeknél is, de eddig nehéz volt nagy átmérőjű tálakat formálni ebből az anyagból, korlátozva az ostya átmérőjét, amely lényegesen kisebb, mint a szilícium ostya, így a gallium arsenid tömegtermelését eredményezte (GaAs) eszközök lényegesen drágábbak, mint a szilícium.
A közös félvezető eszközök listája
A gyakori félvezető eszközök listája főként két, három és négy végberendezést tartalmaz.
Közös félvezető eszközök
A két terminálos eszközök
- Dióda (egyenirányító dióda)
- Gunn dióda
- IMPACT diódák
- Lézerdióda
- zener dióda
- Schottky dióda
- PIN dióda
- Alagútdióda
- Fénykibocsátó dióda (LED)
- Fotótranzisztor
- Photocella
- Napelem
- Átmeneti feszültség-csillapító dióda
- VCSEL
Három terminálos eszközök
- Bipoláris tranzisztor
- Terepi tranzisztor
- Darlington tranzisztor
- Szigetelt kapu bipoláris tranzisztor (IGBT)
- Egyszerû tranzisztor
- Szilícium-vezérelt egyenirányító
- Tirisztor
- TRIAC
Négy terminálos eszközök
- Fotócsatoló (optocsatoló)
- Hall effekt érzékelő (mágneses mező érzékelő)
Félvezető eszköz alkalmazások
Minden típusú tranzisztor használható logikai kapuk építőkövei , amely hasznos a digitális áramkörök tervezéséhez. Az olyan digitális áramkörökben, mint mikroprocesszorok, tranzisztorok, amelyek például a MOSFET kapcsolóként működnek (ki-be), a kapun alkalmazott feszültség határozza meg, hogy a kapcsoló be vagy ki van-e kapcsolva.
Az analóg áramkörökhöz használt tranzisztorok viszonylag nem működnek kapcsolóként (be-ki), hanem folyamatos kimeneti tartományban reagálnak a bemenet folyamatos tartományára. A szokásos analóg áramkörök oszcillátorokat és erősítőket tartalmaznak. Az analóg áramköröket és a digitális áramköröket összekötő vagy átfordító áramköröket vegyes jelű áramköröknek nevezik.
A félvezető eszközök előnyei
- Mivel a félvezető eszközöknek nincsenek izzószálai, ezért nincs szükség energiára ahhoz, hogy felmelegítsék őket az elektronkibocsátáshoz.
- Mivel nincs szükség fűtésre, a félvezető eszközöket az áramkör bekapcsolásakor azonnal működésbe hozzák.
- Működés közben a félvezető eszközök nem okoznak zümmögést.
- A félvezető eszközök alacsony feszültségű működést igényelnek, mint a vákuumcsövek.
- Kis méretük miatt a félvezető eszközöket tartalmazó áramkörök nagyon kompaktak.
- A félvezető eszközök ütésállóak.
- A félvezető eszközök olcsóbbak, mint a vákuumcsövek.
- A félvezető eszközök élettartama szinte korlátlan.
- Mivel a félvezető eszközökben nem kell vákuumot létrehozni, nincsenek vákuumromlási gondjaik.
A félvezető eszközök hátrányai
- A félvezető eszközök zajszintje magasabb, mint a vákuumcsövekben.
- A szokásos félvezető eszközök nem képesek annyi energiát kezelni, mint a közönséges vákuumcsövek.
- Magas frekvenciatartományban gyengén reagálnak.
Így itt arról van szó, hogy a különböző típusú félvezető eszközök két, három és négy végberendezést tartalmaznak. Reméljük, hogy jobban megértette ezt a koncepciót. Továbbá, ha bármilyen kétség merülne fel a koncepcióval vagy az elektromos és elektronikus projektekkel kapcsolatban, kérjük, adja meg visszajelzését az alábbi megjegyzés részben kommentálva. Itt egy kérdés az Ön számára, mik a félvezető eszközök alkalmazásai?
Fotók:
- Dióda vajon hogyan
- Félvezető eszközök anyagai csoda
- A félvezető eszközök típusai wikimedia
