POLUVODIČI: VRSTE, PRIMJENE I PRIMJERI - DUDÁS - 2026

Su poluvodiči su elementi koji obavljaju funkciju selektivno vodljivih ili izoliranje, ovisno o vanjskim uvjetima, na koji su podvrgnuti, kao što su temperatura, tlak, i zračenja električnih i magnetskih polja.

U periodnoj tablici nalazi se 14 poluvodičkih elemenata, među kojima su silicij, germanij, selen, kadmij, aluminij, galij, bor, indij i ugljik. Poluvodiči su kristalne krute tvari srednje električne provodljivosti, pa se mogu koristiti dvostruko kao vodič i izolator.

Ako se koriste kao vodiči, u određenim uvjetima dopuštaju cirkulaciju električne struje, ali samo u jednom smjeru. Nadalje, nemaju tako visoku vodljivost kao vodljivi metali.

Poluvodiči se koriste u elektroničkim primjenama, posebice za proizvodnju komponenti poput tranzistora, dioda i integriranih krugova. Koriste se i kao dodaci ili nadopune za optičke senzore, kao što su čvrsti laseri i neki energetski uređaji za električne prijenosne sustave.

Trenutno se ova vrsta elemenata koristi za tehnološki razvoj na polju telekomunikacija, upravljačkih sustava i obrade signala, kako u domaćoj tako i u industrijskoj primjeni.

vrste

Postoje različite vrste poluvodičkih materijala, ovisno o nečistoći koju predstavljaju i njihovoj fizičkoj reakciji na različite podražaje iz okoline.

Unutarnji poluvodiči

Oni su oni elementi čija se molekularna struktura sastoji od jedne vrste atoma. Među ove vrste intrinzičnih poluvodiča spadaju silikon i germanij.

Molekularna struktura svojstvenih poluvodiča je tetraedarska; to jest, ima kovalentne veze između četiri okolna atoma, kao što je prikazano na slici ispod.

Svaki atom svojstvenog poluvodiča ima 4 valentna elektrona; to jest 4 elektrona koji kruže u najudaljenijoj ljusci svakog atoma. Zauzvrat, svaki od tih elektrona tvori veze s susjednim elektronima.

Na taj način svaki atom ima 8 elektrona u svom površinskom sloju, stvarajući tako čvrstu vezu između elektrona i atoma koji čine kristalnu rešetku.

Zbog ove konfiguracije, elektroni se ne kreću lako unutar strukture. Stoga se u standardnim uvjetima svojstveni poluvodiči ponašaju poput izolatora.

No, vodljivost svojstvenog poluvodiča raste kad god se temperatura poveća, jer neki valencijski elektroni apsorbiraju toplinsku energiju i odvojeno su od veza.

Ti elektroni postaju slobodni elektroni i, ako se pravilno usmjeravaju razlikom u električnom potencijalu, mogu pridonijeti protoku struje unutar kristalne rešetke.

U ovom slučaju slobodni elektroni uskoče u kondukcijski pojas i prelaze na pozitivni pol potencijalnog izvora (na primjer, baterija).

Kretanje valentnih elektrona inducira vakuum u molekularnoj strukturi, što pretvara u učinak sličan onome koji proizvodi pozitivan naboj u sustavu, zbog čega se smatraju nosačima pozitivnog naboja.

Zatim dolazi do obrnutog efekta, jer neki elektroni mogu pasti iz vodljivog pojasa u valentnu ljusku koja u procesu oslobađa energiju, što se naziva rekombinacijom.

Vanjski poluvodiči

Oni se podudaraju uključivanjem nečistoća unutar unutarnjih vodiča; to jest ugradnjom trovalentnih ili petovalentnih elemenata.

Ovaj je postupak poznat kao doping i njegova je svrha povećati vodljivost materijala, poboljšati njihova fizička i električna svojstva.

Zamjenom unutarnjeg atoma poluvodiča s atomom druge komponente mogu se dobiti dvije vrste vanjskih poluvodiča, koji su detaljnije opisani u nastavku.

Poluvodič tipa P

U ovom slučaju nečistoća je trovalentni poluvodički element; to jest, s tri (3) elektrona u svojoj valentnoj ljusci.

Nametljivi elementi unutar strukture nazivaju se doping elementi. Primjeri ovih elemenata za poluvodiče tipa P su bor (B), galij (Ga) ili indij (In).

Nedostaje valentni elektron koji bi formirao četiri kovalentne veze svojstvenog poluvodiča, poluvodič tipa P ima jaz u vezi koja nedostaje.

To čini prolazak elektrona koji ne pripadaju kristalnoj rešetki kroz ovu rupu koja nosi pozitivan naboj.

Zbog pozitivnog naboja praznine veze, ove vrste vodiča označene su slovom "P" i, prema tome, prepoznaju se kao akceptori elektrona.

Protok elektrona kroz rupe u vezi proizvodi električnu struju koja kruži u suprotnom smjeru od struje dobivene iz slobodnih elektrona.

Poluvodič N tipa

Nametljivi element u konfiguraciji daju pentavalentni elementi; to jest onih koji u valentnom pojasu imaju pet (5) elektrona.

U ovom su slučaju nečistoće ugrađene u svojstveni poluvodič elementi poput fosfora (P), antimona (Sb) ili arsena (As).

Dopanti imaju dodatni valentni elektron koji se, bez kovalentne veze na koju se može vezati, automatski slobodno kretati kroz kristalnu rešetku.

Ovdje električna struja cirkulira kroz materijal zahvaljujući višku slobodnih elektrona koje pruža dopant. Stoga se poluvodiči N-tipa smatraju donorom elektrona.

karakteristike

Poluvodiči se odlikuju dvostrukom funkcionalnošću, energetskom učinkovitošću, raznolikošću primjene i niskim troškovima. U nastavku su istaknute istaknute karakteristike poluvodiča.

- Njegov odziv (vodljiv ili izolacijski) može varirati ovisno o osjetljivosti elementa na rasvjetu, električna i magnetska polja u okruženju.

- Ako je poluvodič izložen niskoj temperaturi, elektroni će ostati sjedinjeni u valentnom pojasu i, prema tome, neće doći do slobodnih elektrona za cirkulaciju električne struje.

S druge strane, ako je poluvodič izložen visokim temperaturama, toplinska vibracija može utjecati na čvrstoću kovalentnih veza atoma elementa, ostavljajući slobodne elektrone za električnu provodljivost.

- Vodljivost poluvodiča varira ovisno o udjelu nečistoće ili doping elemenata unutar svojstva poluvodiča.

Na primjer, ako je 10 milijuna atoma bora uključeno u milijun atoma silicija, taj omjer povećava vodljivost spoja tisuću puta u odnosu na vodljivost čistog silicija.

- Vodljivost poluvodiča varira u intervalu između 1 i 10 ^-6 S.cm ^-1, ovisno o vrsti korištenog kemijskog elementa.

- Kompozitni ili vanjski poluvodiči mogu imati optička i električna svojstva znatno bolja od svojstava svojstvenih poluvodiča, primjer toga je arlijed galijuma (GaAs), koji se koristi pretežno u radiofrekvencijama i drugim optoelektronskim primjenama.

Prijave

Poluvodiči se široko koriste kao sirovina u sastavljanju elektroničkih elemenata koji su dio našeg svakodnevnog života, kao što su integrirani krugovi.

Jedan od glavnih elemenata integriranog kruga su tranzistori. Ovi uređaji ispunjavaju funkciju pružanja izlaznog signala (oscilatornog, pojačanog ili ispravljanog) prema određenom ulaznom signalu.

Osim toga, poluvodiči su također osnovni materijal za diode koje se koriste u elektroničkim krugovima kako bi električna struja mogla prolaziti u samo jednom smjeru.

Za oblikovanje dioda formiraju se vanjski poluvodički spojevi tipa P i N. Izmjeničnim elementima donora i nosača elektrona aktivira se mehanizam za uravnoteženje između dviju zona.

Prema tome, elektroni i rupe u obje se zone presijecaju i nadopunjuju se međusobno gdje je to potrebno. To se događa na dva načina:

- Dolazi do prijenosa elektrona iz zone N tipa u zonu P, a zona N dobiva pretežno pozitivno zonu naboja.

- Prolazi rupa koja nosi elektrone iz zone tipa P u zonu N. Tip P grupe dobiva pretežno negativan naboj.

Napokon se formira električno polje koje inducira cirkulaciju struje u samo jednom smjeru; odnosno od zone N do zone P.

Pored toga, upotrebom kombinacija svojstvenih i vanjskih poluvodiča mogu se proizvesti uređaji koji izvode funkcije slične vakuumskoj cijevi koja sadrži stotine puta svoj volumen.

Ova vrsta primjene odnosi se na integrirane sklopove poput mikroprocesorskih čipova koji pokrivaju znatnu količinu električne energije.

Poluvodiči su prisutni u elektroničkim uređajima koje koristimo u svakodnevnom životu, poput opreme smeđe linije poput televizora, videoplayera, zvučne opreme; računala i mobiteli.

Primjeri

Najčešće korišteni poluvodiči u industriji elektronike je silicij (Si). Ovaj materijal prisutan je u uređajima koji čine integrirane sklopove koji su dio našeg svakodnevnog života.

Silicijeve germanijeve legure (SiGe) koriste se u integriranim krugovima velike brzine za radare i pojačala električnih instrumenata, poput električnih gitara.

Drugi primjer poluvodiča je galijev arsenid (GaAs), koji se široko koristi u pojačavačima signala, posebno za signale s visokim pojačanjem i niskom razinom buke.

Reference

1. Brian, M. (drugi). Kako djeluju poluvodiči. Oporavak od: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Unutarnji i vanjski poluvodiči. Oporavilo od: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (drugo). Poluvodiča. Oporavilo od: whatis.techtarget.com
4. Poluvodič (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Velika Britanija. Oporavilo od: britannica.com
5. Što su poluvodiči? (SF). © Korporacija Hitachi High-Technologies. Oporavilo od: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, Slobodna enciklopedija (2018). Poluvodiča. Oporavilo sa: es.wikipedia.org