Colecții

Ce este un semiconductor

Ce este un semiconductor

Semiconductorii și tehnologia semiconductoarelor constituie baza majorității industriei electronice în zilele noastre. Tranzistoarele, diodele, circuitele integrate și multe alte dispozitive au toate în comun tehnologia semiconductorilor. Ca urmare a gradului enorm de flexibilitate pe care îl oferă tehnologia semiconductoarelor, a permis electronicii să preia multe domenii ale vieții de zi cu zi, care acum cincizeci de ani nu ar fi putut fi concepute.

Conductori și neconductori

Un curent electric apare atunci când există un flux de electroni într-o anumită direcție. Deoarece electronii au o sarcină negativă, mișcarea lor înseamnă că sarcina curge dintr-un punct în altul și asta este un curent electric.

Pentru a permite curentului să curgă, electronii trebuie să poată circula liber în interiorul materialului. În unele materiale, electronii se mișcă liber în jurul rețelei, deși numărul de electroni și spațiile disponibile pentru acestea se echilibrează, astfel încât materialul în sine nu poartă o încărcare. În aceste materiale, electronii se mișcă liber, dar aleator. Prin plasarea unei diferențe de potențial peste conductor, electronii pot fi determinați să se deplaseze într-o direcție și acest lucru constituie un curent electric. Multe materiale sunt capabile să conducă electricitatea, dar metalele formează cele mai frecvente exemple.

Spre deosebire de metale, există multe alte materiale în care toți electronii sunt ferm legați de moleculele lor părinte și nu sunt liberi să se miște. În consecință, atunci când un potențial este plasat peste substanță, foarte puțini electroni se vor putea mișca și va curge foarte puțin sau deloc curent. Aceste substanțe se numesc neconductoare sau izolatoare. Acestea includ majoritatea materialelor plastice, ceramicii și multe substanțe naturale, cum ar fi lemnul.

Semiconductori

Semiconductorii nu se încadrează în categoriile de conductori sau neconductori. În schimb, se încadrează între ele. O varietate de materiale se încadrează în această categorie și includ siliciu, germaniu, arsenură de galiu și o varietate de alte substanțe.

În stare pură, siliciul este un izolator fără electroni liberi în rețeaua cristalină. Cu toate acestea, pentru a înțelege cum acționează ca un semiconductor, priviți mai întâi structura atomică a siliciului în stare pură. Fiecare moleculă din rețeaua cristalină este formată dintr-un nucleu cu trei inele sau orbite care conțin electroni și fiecare electron are o sarcină negativă. Nucleul este format din neutroni care sunt neutri și nu au nicio sarcină și protoni care au o sarcină pozitivă. În atom există același număr de protoni și electroni, astfel încât întregul atom nu are nicio sarcină totală.

Electronii din siliciu, ca în orice alt element, sunt dispuși în inele cu un număr strict de electroni pe fiecare orbită. Primul inel poate conține doar două, iar al doilea are opt. Al treilea și exteriorul inelului de siliciu are patru. Electronii din învelișul exterior sunt împărțiți cu cei din atomii adiacenți pentru a alcătui o rețea de cristal. Când se întâmplă acest lucru, nu există electroni liberi în rețea, ceea ce face siliciu un bun izolator. O imagine similară poate fi văzută pentru germaniu. Are doi electroni în cea mai mare orbită interioară, opt în următoarea, 18 în a treia și patru în cea exterioară. Din nou, își împarte electronii cu cei de la atomii adiacenți pentru a face o rețea de cristal fără electroni liberi.

Impurităţi

Pentru a transforma siliciu sau orice alt semiconductor într-un material parțial conductor, este necesar să adăugați o cantitate foarte mică de impuritate în material. Acest lucru modifică considerabil proprietățile.

Dacă se adaugă urme de impurități ale materialelor care au cinci electroni în inelul exterior al atomilor lor, acestea intră în rețeaua cristalină împărțind electronii cu siliciul. Cu toate acestea, deoarece au un electron suplimentar în inelul exterior, un electron devine liber să se miște în jurul rețelei. Acest lucru permite să curgă un curent dacă se aplică un potențial peste material. Deoarece acest tip de material are un surplus de electroni în rețea, este cunoscut sub numele de semiconductor de tip N. Impuritățile tipice care sunt adesea folosite pentru a crea semiconductori de tip N sunt fosforul și arsenicul.

De asemenea, este posibil să plasați elemente cu doar trei electroni în carcasa lor exterioară în rețeaua de cristal. Când se întâmplă acest lucru, siliciul vrea să împartă cei patru electroni ai săi cu un alt atom cu patru atomi. Cu toate acestea, deoarece impuritatea are doar trei, există un spațiu sau o gaură pentru un alt electron. Deoarece acest tip de material lipsește electroni, este cunoscut sub numele de material de tip P. Impuritățile tipice utilizate pentru materialul de tip P sunt borul și aluminiul.

Găuri

Este ușor de văzut cum electronii se pot deplasa în jurul rețelei și pot transporta un curent. Cu toate acestea, nu este chiar atât de evident pentru găuri. Acest lucru se întâmplă atunci când un electron dintr-o orbită completă se mișcă pentru a umple o gaură, lăsând o gaură de unde a venit. Un alt electron dintr-o altă orbită se poate deplasa apoi pentru a umple noua gaură și așa mai departe. Mișcarea găurilor într-o direcție corespunde unei mișcări de electroni în cealaltă, deci un curent electric.

Din aceasta se poate observa că fie electronii, fie găurile pot transporta sarcină sau un curent electric. Ca urmare, acestea sunt cunoscute sub numele de purtători de sarcină, găurile fiind purtătorii de sarcină pentru un semiconductor de tip P și electroni pentru un semiconductor de tip N.

Rezumat

Principiul din spatele semiconductorilor poate părea destul de simplu. Cu toate acestea, a durat mulți ani înainte ca multe dintre proprietățile sale să poată fi exploatate și mulți alții până să poată fi rafinate. În zilele noastre, multe dintre procesele utilizate cu semiconductorii au fost extrem de optimizate, iar componentele precum circuitele integrate sunt extrem de sofisticate. Cu toate acestea, ei se bazează pe faptul că diferite zone ale semiconductorului pot fi dopate pentru a produce semiconductori de tip P și N.

Lista termenilor semiconductori comuni

  • Transportator de taxă - Suportul de încărcare este o particulă gratuită (mobilă, nelegată) care transportă o sarcină electrică, de ex. un electron sau o gaură.
  • Conductor - Un material în care electronii se pot mișca liber și curge electricitatea.
  • Electron - O particulă sub-atomică care poartă o sarcină negativă.
  • Gaură - Absența unui electron de valență într-un cristal semiconductor. Mișcarea unei găuri este echivalentă cu mișcarea unei sarcini pozitive, adică opusă mișcării unui electron.
  • Izolator - Un material în care nu există electroni liberi disponibili pentru a transporta electricitatea.
  • Transportator majoritar - Purtători de curent, fie electroni liberi, fie găuri care sunt în exces, adică în majoritate într-o zonă specifică a unui material semiconductor. Electronii sunt purtătorii majoritari în semiconductori de tip N și găuri într-o zonă de tip P.
  • Transportator minoritar - Purtători de curent, fie electroni liberi, fie găuri care sunt minoritare într-o zonă specifică a unui material semiconductor
  • De tip N - O zonă a unui semiconductor în care există un exces de electroni.
  • De tip P - O zonă a unui semiconductor în care există un exces de găuri.
  • Semiconductor - Un material, care nu este nici un izolator, nici un conductor complet care are un nivel intermediar de conductivitate electrică și în care conducerea are loc prin intermediul găurilor și electronilor.


Priveste filmarea: IDENTIFICAR CÓDIGOS SMD RESUELTO Identificar Diodos y Transistores SMD Electrónica Núñez (Noiembrie 2021).