Jenis, Aplikasi dan Contoh Semikonduktor



The semikonduktor mereka adalah unsur-unsur yang menjalankan fungsi konduktor atau penebat selektif, bergantung kepada keadaan luaran yang mana mereka tertakluk, seperti suhu, tekanan, radiasi dan medan magnet atau elektrik.

Dalam jadual berkala terdapat 14 elemen semikonduktor, di antaranya silikon, germanium, selenium, kadmium, aluminium, galium, boron, indium dan karbon. Semikonduktor adalah pepejal kristal dengan kekonduksian elektrik sederhana, jadi ia boleh digunakan dalam dua cara sebagai konduktor dan penebat.

Sekiranya ia digunakan sebagai konduktor, di bawah keadaan tertentu keadaan membenarkan peredaran arus elektrik, tetapi hanya dalam satu arah. Juga, mereka tidak mempunyai kekonduksian setinggi logam konduktif.

Semikonduktor digunakan dalam aplikasi elektronik, terutamanya untuk pembuatan komponen seperti transistor, diod dan litar bersepadu. Mereka juga digunakan sebagai aksesori atau aksesori untuk sensor optik, seperti laser pepejal, dan beberapa peranti kuasa untuk sistem penghantaran kuasa elektrik..

Pada masa ini, jenis elemen ini digunakan untuk perkembangan teknologi dalam bidang telekomunikasi, sistem kawalan dan pemprosesan isyarat, baik dalam aplikasi domestik dan perindustrian.

Indeks

  • 1 Jenis
    • 1.1 Semikonduktor intrinsik
    • 1.2 Semikonduktor ekstrinsik
  • 2 Ciri-ciri
  • 3 Aplikasi
  • 4 Contoh
  • 5 Rujukan

Jenis

Terdapat pelbagai jenis bahan semikonduktor, bergantung pada kekotoran yang ada dan tindak balas fizikal mereka terhadap rangsangan alam sekitar yang berbeza.

Semikonduktor intrinsik

Adakah unsur-unsur yang struktur molekulnya terdiri daripada satu jenis atom. Antara jenis semikonduktor intrinsik ini adalah silico dan germanium.

Struktur molekul semikonduktor intrinsik adalah tetrahedral; iaitu, ia mempunyai ikatan kovalen antara empat atom sekitar, seperti yang ditunjukkan dalam imej di bawah.

Setiap atom semikonduktor intrinsik mempunyai 4 elektron valens; iaitu, 4 elektron yang mengorbit dalam lapisan paling luar setiap atom. Sebaliknya, setiap elektron ini membentuk ikatan dengan elektron yang bersebelahan.

Dengan cara ini, setiap atom mempunyai 8 elektron dalam lapisan paling ceteknya, yang membentuk kesatuan padu antara elektron dan atom yang membentuk kisi kristal.

Oleh kerana konfigurasi ini, elektron tidak bergerak dengan mudah dalam struktur. Oleh itu, di bawah keadaan piawai, semikonduktor intrinsik berkelakuan sebagai penebat.

Walau bagaimanapun, kekonduksian semikonduktor intrinsik meningkat apabila suhu meningkat, kerana sesetengah elektron valensi menyerap tenaga haba dan berasingan dari ikatan.

Elektron ini menjadi elektron bebas dan, jika ia betul ditangani oleh perbezaan potensi elektrik, mereka dapat menyumbang kepada peredaran semasa dalam kisi kristal.

Dalam kes ini, elektron bebas melompat ke jalur konduksi dan pergi ke kutub positif sumber yang berpotensi (bateri, contohnya).

Gerakan elektron valensi menginduksi vakum dalam struktur molekul, yang diterjemahkan ke dalam kesan yang mirip dengan yang akan menghasilkan caj positif dalam sistem, jadi ia dianggap sebagai pembawa caj positif.

Kemudian, kesan songsang berlaku, kerana beberapa elektron boleh jatuh dari jalur pengaliran sehingga lapisan valensi melepaskan tenaga dalam proses, yang menerima nama rekombinasi.

Semikonduktor ekstrinsik

Mereka mematuhi dengan memasukkan kekotoran dalam konduktor intrinsik; iaitu, dengan memasukkan elemen tavalen atau pentavalent.

Proses ini dikenali sebagai doping dan bertujuan untuk meningkatkan kekonduksian bahan, untuk meningkatkan sifat fizikal dan elektrik ini.

Dengan menggantikan atom semikonduktor intrinsik untuk atom komponen lain, dua jenis semikonduktor ekstrinsik boleh didapati, yang terperinci di bawah.

Jenis semikonduktor P

Dalam kes ini, kekotoran adalah unsur semikonduktor yang tidak dapat dipisahkan; iaitu, dengan tiga (3) elektron dalam shell valencenya.

Unsur-unsur intrusif dalam struktur dipanggil unsur doping. Contoh-contoh elemen untuk semikonduktor P-jenis adalah boron (B), gallium (Ga) atau indium (In).

Tidak mendapat elektron valensi untuk membentuk empat ikatan kovalen semikonduktor intrinsik, semikonduktor P-jenis mempunyai jurang dalam pautan yang hilang.

Ini menjadikan laluan elektron yang tidak tergolong dalam rangkaian kristal melalui lubang pembawa cas positif ini.

Kerana caj positif jurang pautan, jenis konduktor ini dipanggil dengan huruf "P" dan, akibatnya, mereka diiktiraf sebagai penerima elektron.

Aliran elektron melalui jurang ikatan menghasilkan arus elektrik yang mengalir ke arah yang bertentangan dengan arus yang diperoleh dari elektron bebas.

Jenis semikonduktor N

Unsur mengganggu dalam konfigurasi diberikan oleh elemen pentavalen; iaitu, mereka yang mempunyai lima (5) elektron dalam kumpulan valensi.

Dalam kes ini, kekotoran yang dimasukkan ke semikonduktor intrinsik adalah unsur-unsur seperti fosforus (P), antimonim (Sb) atau arsenik (As).

Dopam mempunyai elektron valensi tambahan yang, dengan tidak mempunyai pautan kovalen untuk bergabung, secara automatik bebas bergerak melalui rangkaian kristal.

Di sini, arus elektrik beredar melalui bahan terima kasih kepada lebihan elektron bebas yang disediakan oleh dopan. Oleh itu, semikonduktor N-jenis dianggap sebagai penderma elektron.

Ciri-ciri

Semikonduktor dicirikan oleh fungsi dual mereka, kecekapan tenaga, kepelbagaian aplikasi dan kos rendah. Ciri-ciri semikonduktor yang paling cemerlang adalah terperinci di bawah.

- Tanggapannya (konduktor atau penebat) boleh berbeza-beza bergantung kepada kepekaan unsur ke pencahayaan, medan elektrik dan medan magnet persekitaran.

- Jika semikonduktor tertakluk kepada suhu yang rendah, elektron-elektron akan diadakan bersama dalam band valensi dan, dengan itu, tiada elektron bebas akan timbul untuk peredaran arus elektrik. 

Sebaliknya, jika semikonduktor terdedah kepada suhu tinggi, getaran terma boleh menjejaskan kekuatan ikatan kovalen bagi atom unsur, meninggalkan elektron bebas untuk konduksi elektrik..

- Kekonduksian semikonduktor berbeza-beza bergantung kepada bahagian kekotoran atau unsur doping di dalam semikonduktor intrinsik.

Contohnya, jika 10 atom boron dimasukkan dalam sejuta atom silikon, nisbah itu meningkatkan kekonduksian sebatian seribu kali, berbanding dengan kekonduksian silikon tulen..

- Kekonduksian semikonduktor berbeza dalam julat antara 1 dan 10-6 S.cm-1, bergantung kepada jenis unsur kimia yang digunakan.

- semikonduktor kompaun atau ekstrinsik boleh mempamerkan ciri-ciri optik dan elektrik jauh lebih tinggi daripada sifat-sifat semikonduktor intrínsecos.Un contoh aspek ini adalah galium arsenida (GaAs), banyak digunakan dalam aplikasi frekuensi radio dan aplikasi optoelektronik lain.

Permohonan

Semikonduktor digunakan secara meluas sebagai bahan mentah dalam pemasangan elemen elektronik yang merupakan sebahagian daripada kehidupan seharian kita, seperti litar bersepadu.

Salah satu unsur utama litar bersepadu adalah transistor. Peranti ini memenuhi fungsi menyediakan isyarat output (berayun, diperkuat atau diperbetulkan) mengikut isyarat input tertentu.

Selain itu, semikonduktor juga merupakan bahan utama dioda yang digunakan dalam litar elektronik untuk membolehkan laluan arus elektrik dalam satu arah sahaja.

Untuk reka bentuk dioda, sendi semikonduktor ekstrinsik jenis P dan jenis N dibentuk. Dengan seli penyalur elemen dan penderma elektron, mekanisme keseimbangan antara kedua-dua zon diaktifkan..

Oleh itu, elektron dan lubang di kedua zon bersilang dan saling melengkapi di mana perlu. Ini berlaku dalam dua cara:

- Pemindahan elektron dari zon N-jenis ke zon P terjadi. Zon jenis N memperolehi zon pemuatan yang kebanyakannya positif.

- Satu laluan lubang yang membawa elektron dari zon P-jenis ke zon N-jenis dibentangkan. Zon P-jenis memperolehi caj yang paling banyak negatif.

Akhirnya, medan elektrik dicipta yang mendorong peredaran arus dalam satu arah sahaja; iaitu, dari zon N hingga zon P.

Di samping itu, dengan menggunakan kombinasi semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik boleh menghasilkan peranti yang melaksanakan fungsi yang serupa dengan tiub vakum yang mengandungi beratus-ratus jumlahnya.

Jenis aplikasi ini digunakan untuk litar bersepadu, seperti cip mikropemproses yang meliputi sejumlah besar tenaga elektrik.

Semikonduktor hadir dalam peranti elektronik yang kami gunakan dalam kehidupan harian kami, seperti peralatan garis coklat seperti televisyen, pemain video, peralatan bunyi; komputer dan telefon bimbit.

Contohnya

Semikonduktor yang paling biasa digunakan dalam industri elektronik adalah silikon (Si). Bahan ini ada dalam peranti yang membentuk litar bersepadu yang merupakan sebahagian dari hari ke hari.

Germanium dan aloi silikon (SiGe) digunakan dalam litar bersepadu berkelajuan tinggi untuk radar dan penguat instrumen elektrik, seperti gitar elektrik.

Satu lagi contoh semikonduktor ialah galium arsenide (GaAs), digunakan secara meluas dalam penguat isyarat, isyarat khusus dengan keuntungan tinggi dan tahap bunyi rendah.

Rujukan

  1. Brian, M. (s.f.) Bagaimana Semikonduktor berfungsi. Diperolehi daripada: electronics.howstuffworks.com
  2. Landin, P. (2014). Semikonduktor intrinsik dan ekstrinsik. Diperolehi daripada: pelandintecno.blogspot.com
  3. Rouse, M. (s.f.). Semikonduktor. Diperolehi daripada: whatis.techtarget.com
  4. Semikonduktor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, United Kingdom. Diperolehi daripada: britannica.com
  5. Apakah semikonduktor? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Diperolehi daripada: hitachi-hightech.com
  6. Wikipedia, Ensiklopedia Percuma (2018). Semikonduktor. Diperolehi daripada: en.wikipedia.org