MGA SEMICONDUCTOR: MGA URI, APLIKASYON AT HALIMBAWA - DUDAS - 2025

Ang mga semiconductor ay mga elemento na nagsasagawa ng pag-andar ng selectively conductive o insulating, depende sa mga panlabas na kondisyon kung saan sila nasasakop, tulad ng temperatura, presyon, radiation at electric o magnetic field.

Sa pana-panahong talahanayan, 14 na elemento ng semikonduktor ay naroroon, na kung saan ang mga silikon, germanium, selenium, cadmium, aluminyo, gallium, boron, indium at carbon out. Ang mga semiconductor ay mala-kristal na solids na may daluyan na koryente na kondaktibiti, kaya maaari silang magamit nang dally bilang isang conductor at isang insulator.

Kung ang mga ito ay ginagamit bilang mga conductor, sa ilalim ng ilang mga kundisyon pinapayagan nila ang sirkulasyon ng electric current, ngunit sa isang direksyon lamang. Bukod dito, wala silang mataas na kondaktibiti bilang conductive metal.

Ang mga Semiconductor ay ginagamit sa mga elektronikong aplikasyon, lalo na para sa paggawa ng mga sangkap tulad ng transistors, diode, at integrated circuit. Ginagamit din ang mga ito bilang mga accessories o pandagdag para sa mga optical sensor, tulad ng mga solidong laser laser, at ilang mga aparato ng kuryente para sa mga sistema ng paghahatid ng kuryente.

Sa kasalukuyan, ang ganitong uri ng elemento ay ginagamit para sa mga kaunlarang teknolohikal sa larangan ng telecommunication, control system at pagproseso ng signal, kapwa sa mga aplikasyon sa domestic at pang-industriya.

Mga Uri

Mayroong iba't ibang mga uri ng mga materyales na semiconductor, depende sa mga impurities na ipinakita nila at ang kanilang pisikal na tugon sa iba't ibang stimuli sa kapaligiran.

Intrinsic semiconductors

Ang mga ito ay ang mga elemento na ang istraktura ng molekular ay binubuo ng isang solong uri ng atom. Kabilang sa mga uri ng intrinsic semiconductors na ito ay silico at germanium.

Ang molekular na istraktura ng intrinsic semiconductors ay tetrahedral; iyon ay, mayroon itong mga covalent bond sa pagitan ng apat na nakapalibot na mga atom, tulad ng ipinakita sa larawan sa ibaba.

Ang bawat atom ng isang intrinsic semiconductor ay mayroong 4 valence electrons; iyon ay, 4 na mga elektron na naglalagay ng orbit sa pinakadulo na shell ng bawat atom. Kaugnay nito, ang bawat isa sa mga elektron na ito ay bumubuo ng mga bono na may mga katabing elektron.

Sa ganitong paraan, ang bawat atom ay may 8 electron sa pinaka mababaw na layer, na bumubuo ng isang solidong bono sa pagitan ng mga elektron at ng mga atom na bumubuo sa kristal na sala-sala.

Dahil sa pagsasaayos na ito, ang mga electron ay hindi madaling ilipat sa loob ng istraktura. Kaya, sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon, ang mga intrinsic semiconductors ay kumilos tulad ng isang insulator.

Gayunpaman, ang conductivity ng intrinsic semiconductor ay tumataas tuwing tataas ang temperatura, dahil ang ilang mga valence electrons ay sumisipsip ng enerhiya ng init at hiwalay mula sa mga bono.

Ang mga electron na ito ay nagiging mga libreng elektron at, kung maayos na nakadirekta ng isang pagkakaiba sa potensyal na elektrikal, maaaring magbigay ng kontribusyon sa daloy ng kasalukuyang sa loob ng kristal na sala-sala.

Sa kasong ito, ang mga libreng elektron ay tumalon sa banda ng pagpapadaloy at pumunta sa positibong poste ng potensyal na mapagkukunan (isang baterya, halimbawa).

Ang paggalaw ng mga elektron ng valence ay nagpapahiwatig ng isang vacuum sa istruktura ng molekular, na isinasalin sa isang epekto na katulad ng na ginawa ng isang positibong singil sa system, na kung saan ay itinuturing silang mga tagadala ng positibong singil.

Pagkatapos, mayroong isang reverse effect, dahil ang ilang mga electron ay maaaring mahulog mula sa band na pagpapadaloy hanggang sa valence shell na naglalabas ng enerhiya sa proseso, na kung saan ay tinatawag na recombination.

Extrinsic semiconductors

Sumasang-ayon sila sa pamamagitan ng pagsasama ng mga impurities sa loob ng mga conductors ng intrinsic; iyon ay, sa pamamagitan ng pagsasama ng mga elemento ng trivalent o pentavalent.

Ang prosesong ito ay kilala bilang doping at ang layunin nito ay upang madagdagan ang conductivity ng mga materyales, upang mapabuti ang kanilang pisikal at elektrikal na mga katangian.

Sa pamamagitan ng pagpapalit ng isang intrinsic semiconductor atom na may isang atom ng isa pang sangkap, maaaring makuha ang dalawang uri ng extrinsic semiconductors, na detalyado sa ibaba.

P-type semiconductor

Sa kasong ito, ang karumihan ay isang trivalent na elemento ng semiconductor; iyon ay, na may tatlong (3) mga electron sa shell valence nito.

Ang mga nakakaabala na elemento sa loob ng istraktura ay tinatawag na mga elemento ng doping. Ang mga halimbawa ng mga elementong ito para sa P-type semiconductors ay boron (B), gallium (Ga) o indium (In).

Ang pagkawala ng isang valence electron upang mabuo ang apat na covalent bond ng isang intrinsic semiconductor, ang P-type semiconductor ay may puwang sa nawawalang bono.

Ginagawa nito ang pagpasa ng mga electron na hindi kabilang sa crystalline lattice sa pamamagitan ng butas na ito na nagdadala ng isang positibong singil.

Dahil sa positibong singil ng gap ng bono, ang mga uri ng conductor ay itinalaga ng titik na "P" at, dahil dito, kinikilala sila bilang mga tumatanggap ng elektron.

Ang daloy ng mga electron sa pamamagitan ng mga butas sa bono ay gumagawa ng isang electric current na nagpapalipat-lipat sa kabaligtaran ng direksyon sa kasalukuyang nagmula sa mga libreng elektron.

N uri ng semiconductor

Ang panghihimasok na elemento sa pagsasaayos ay ibinibigay ng mga elemento ng pentavalent; iyon ay, yaong mayroong limang (5) elektron sa bandang valence.

Sa kasong ito, ang mga impurities na isinama sa intrinsic semiconductor ay mga elemento tulad ng posporus (P), antimonyo (Sb) o arsenic (As).

Ang mga dopant ay may isang karagdagang elektron ng valence na, walang pagkakaroon ng covalent bond na magbigkis, ay awtomatikong libre upang ilipat sa pamamagitan ng kristal na sala-sala.

Dito, ang de-koryenteng kasalukuyang kumakalat sa pamamagitan ng materyal salamat sa labis na mga libreng elektron na ibinigay ng dopant. Samakatuwid, ang mga N-type semiconductors ay itinuturing na mga donor na elektron.

katangian

Ang mga semiconductor ay nailalarawan sa pamamagitan ng kanilang dalawahan na pag-andar, kahusayan ng enerhiya, pagkakaiba-iba ng mga aplikasyon at mababang gastos. Ang mga kapansin-pansing katangian ng semiconductors ay detalyado sa ibaba.

- Ang tugon nito (conductive o insulating) ay maaaring mag-iba depende sa pagiging sensitibo ng elemento sa pag-iilaw, electric field at magnetic field sa kapaligiran.

- Kung ang semiconductor ay sumasailalim sa isang mababang temperatura, ang mga electron ay mananatiling magkakaisa sa banda ng valence at, samakatuwid, walang mga libreng electron na lilitaw para sa sirkulasyon ng electric current.

Sa kabilang banda, kung ang semiconductor ay nakalantad sa mataas na temperatura, ang panginginig ng boses ay maaaring makaapekto sa lakas ng covalent bond ng mga elemento ng elemento, na nag-iiwan ng mga libreng elektron para sa pagpapadaloy ng koryente.

- Ang conductivity ng semiconductors ay nag-iiba depende sa proporsyon ng mga impurities o mga elemento ng doping sa loob ng isang intrinsic semiconductor.

Halimbawa, kung 10 mga atom ng boron ay kasama sa isang milyong mga atomo ng silikon, ang ratio na ito ay nagdaragdag ng pagkilos ng compound ng isang libong beses, kung ihahambing sa kondaktibiti ng purong silikon.

- Ang kondaktibiti ng semiconductors ay nag-iiba sa pagitan ng 1 at 10 ^-6 S.cm ^-1 , depende sa uri ng elementong kemikal na ginamit.

- Ang mga composite o extrinsic semiconductors ay maaaring magkaroon ng optical at elektrikal na mga katangian na malaki kaysa sa mga katangian ng intrinsic semiconductors. Isang halimbawa nito ay ang gallium arsenide (GaAs), na ginamit nang una sa dalas ng radyo at iba pang mga gamit ng optoelectronic na aplikasyon.

Aplikasyon

Ang mga Semiconductor ay malawakang ginagamit bilang hilaw na materyal sa pagpupulong ng mga elektronikong elemento na bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay, tulad ng mga integrated circuit.

Ang isa sa mga pangunahing elemento ng isang integrated circuit ay ang mga transistor. Natutupad ng mga aparatong ito ang pagpapaandar ng pagbibigay ng isang signal ng output (oscillatory, amplified o naayos) ayon sa isang tiyak na signal ng pag-input.

Bilang karagdagan, ang mga semiconductors ay din ang pangunahing materyal para sa mga diode na ginagamit sa mga elektronikong circuit upang payagan ang kasalukuyang de-koryenteng dumaan sa isang direksyon lamang.

Para sa disenyo ng diode, ang P-type at N-type extrinsic semiconductor junctions ay nabuo.Sa pamamagitan ng alternating electron donor at carrier elemento, ang isang mekanismo ng pagbabalanse ay isinaaktibo sa pagitan ng parehong mga zone.

Sa gayon, ang mga electron at butas sa parehong mga zone ay magkatugma at umakma sa bawat isa kung kinakailangan. Nangyayari ito sa dalawang paraan:

- Ang paglipat ng mga electron mula sa N-type zone sa P zone ay nangyayari.Ang uri ng N-type ay nakakakuha ng isang pangunahing positibong singil na zone.

- May isang daanan ng mga butas na nagdadala ng elektron mula sa P-type zone hanggang sa N-type zone.Ang P-type zone ay nakakakuha ng isang kalakhang negatibong singil.

Sa wakas, ang isang electric field ay nabuo na nagpapahiwatig ng sirkulasyon ng kasalukuyang sa isang direksyon lamang; iyon ay, mula sa zone N hanggang zone P.

Bilang karagdagan, ang paggamit ng mga kumbinasyon ng intrinsic at extrinsic semiconductors ay maaaring makagawa ng mga aparato na nagsasagawa ng mga function na katulad ng isang vacuum tube na naglalaman ng daan-daang beses ang dami nito.

Ang ganitong uri ng application ay nalalapat sa mga integrated circuit tulad ng microprocessor chips na sumasaklaw sa isang malaking halaga ng elektrikal na enerhiya.

Ang mga Semiconductor ay naroroon sa mga elektronikong aparato na ginagamit natin sa ating pang-araw-araw na buhay, tulad ng mga kagamitan sa linya ng brown tulad ng telebisyon, mga manlalaro ng video, mga kagamitan sa tunog; mga computer at cell phone.

Mga halimbawa

Ang pinakalawak na ginagamit na semiconductor sa industriya ng elektronika ay silikon (Si). Ang materyal na ito ay naroroon sa mga aparato na bumubuo sa mga integrated circuit na bahagi ng ating pang-araw-araw na buhay.

Ginagamit ang mga Silicon germanium alloys (SiGe) sa mga high-speed integrated circuit para sa mga radar at amplifier ng mga de-koryenteng instrumento, tulad ng mga electric guitars.

Ang isa pang halimbawa ng isang semiconductor ay ang gallium arsenide (GaAs), na malawakang ginagamit sa mga signal amplifier, partikular para sa mga signal na may mataas na pakinabang at mababang antas ng ingay.

Mga Sanggunian

1. Brian, M. (nd). Paano Gumagana ang mga Semiconductors. Nabawi mula sa: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Intrinsic at extrinsic semiconductors. Nabawi mula sa: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (nd). Semiconductor. Nabawi mula sa: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, UK. Nabawi mula sa: britannica.com
5. Ano ang mga semiconductors? (sf). © Hitachi High-Technologies Corporation. Nabawi mula sa: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Semiconductor. Nabawi mula sa: es.wikipedia.org