Urządzenie półprzewodnikowe składa się z materiału, który nie jest ani dobrym przewodnikiem, ani dobrym izolatorem, nazywa się je półprzewodnikiem. Takie urządzenia znalazły szerokie zastosowanie ze względu na ich niezawodność, zwartość i niski koszt. Są to elementy dyskretne, które są używane w urządzeniach zasilających, czujnikach optycznych zwartości i emiterach światła, w tym laserach na ciele stałym. Mają szeroki zakres możliwości obsługi prądu i napięcia, z prądami znamionowymi powyżej 5000 amperów i napięciami powyżej 100 000 woltów. Co ważniejsze, urządzenia półprzewodnikowe nadają się do integracji w złożonych, ale łatwo rozbudowujących się obwodach mikroelektronicznych. Mają prawdopodobną przyszłość, kluczowe elementy większości systemów elektronicznych, w tym komunikacji z urządzeniami do przetwarzania danych, konsumenckimi i przemysłowymi.

Co to są urządzenia półprzewodnikowe?

Urządzenia półprzewodnikowe to nic innego części elektroniczne które wykorzystują właściwości elektroniczne materiałów półprzewodnikowych, takich jak arsenek krzemu, germanu i galu, a także półprzewodniki organiczne. Urządzenia półprzewodnikowe w wielu zastosowaniach zastąpiły lampy próżniowe. Wykorzystują przewodnictwo elektroniczne w stanie stałym w przeciwieństwie do emisji termionowej w wysokiej próżni. Urządzenia półprzewodnikowe są produkowane zarówno dla urządzeń dyskretnych, jak i obwody scalone , które składają się z kilku do miliardów urządzeń wyprodukowanych i połączonych ze sobą na pojedynczym podłożu półprzewodnikowym lub płytce.

Urządzenia półprzewodnikowe

Materiały półprzewodnikowe są użyteczne ze względu na ich zachowanie, które można łatwo modyfikować przez dodanie zanieczyszczeń, nazywane jest domieszkowaniem. Przewodność półprzewodników może być kontrolowana przez pole elektryczne lub magnetyczne, przez wystawienie na działanie światła lub ciepła, lub przez mechaniczne odkształcenie domieszkowanej siatki monokrystalicznej, dzięki czemu półprzewodniki mogą stanowić doskonałe czujniki. Przewodnictwo prądu w półprzewodniku przebiega bez elektronów i dziur, zwanych łącznie nośnikami ładunku. Domieszkowanie krzemu odbywa się poprzez dodanie niewielkiej ilości atomów zanieczyszczeń, a także fosforu lub boru, co znacznie zwiększa liczbę elektronów lub dziur w półprzewodniku.

Kiedy półprzewodnik domieszkowany zawiera nadmiar dziur, nazywany jest półprzewodnikiem „typu p” (dodatniego dla dziur), a gdy zawiera pewien nadmiar wolnych elektronów, jest znany jako półprzewodnik „typu n” (ujemny dla elektronów), jest znak opłaty większości przewoźników komórkowych. Złącza, które powstały w miejscu połączenia półprzewodników typu n i p, nazywane są złączem p-n.

Dioda

Półprzewodnik dioda to urządzenie zazwyczaj składa się z pojedynczego złącza p-n. Złącze półprzewodników typu p i n tworzy obszar zubożenia, w którym przewodzenie prądu jest zarezerwowane przez brak ruchomych nośników ładunku. Gdy urządzenie jest spolaryzowane do przodu, ten obszar zubożenia jest zmniejszony, umożliwiając znaczne przewodzenie, gdy dioda jest spolaryzowana wstecz, można uzyskać tylko mniejszy prąd, a obszar zubożenia może zostać wydłużony. Wystawienie półprzewodnika na działanie światła może spowodować powstanie par dziur elektronowych, co zwiększa liczbę wolnych nośników, a tym samym przewodnictwo. Diody zoptymalizowane pod kątem wykorzystania tego zjawiska znane są jako fotodiody. Złożone diody półprzewodnikowe są również wykorzystywane do generowania światła, diod elektroluminescencyjnych i diod laserowych.

Dioda

Tranzystor

Tranzystory bipolarne są utworzone przez dwa złącza p-n, w konfiguracji p-n-p lub n-p-n. Środek lub podstawa, obszar między skrzyżowaniami jest zwykle bardzo wąski. Inne regiony i powiązane z nimi terminale są znane jako emitery i kolektory. Mały prąd wprowadzany przez złącze między podstawą a emiterem zmienia właściwości złącza podstawowego kolektora, dzięki czemu może przewodzić prąd, nawet jeśli jest spolaryzowany odwrotnie. Tworzy to większy prąd między kolektorem a emiterem i jest kontrolowany przez prąd baza-emiter.

Tranzystor

Inny typ tranzystora o nazwie tranzystor polowy , działa na zasadzie, że przewodnictwo półprzewodników może wzrosnąć lub spaść w wyniku obecności pola elektrycznego. Pole elektryczne może zwiększyć liczbę elektronów i dziur w półprzewodniku, zmieniając w ten sposób jego przewodnictwo. Pole elektryczne może być przykładane przez spolaryzowane odwrotnie złącze p-n, które tworzy tranzystor polowy złącza (JFET) lub elektrodę izolowaną od materiału sypkiego warstwą tlenku i tworzy tranzystor polowy półprzewodnikowy z tlenkiem metalu (MOSFET).

“przykłady systemów sterowania w pętli zamkniętej ”

Obecnie dzień jest najczęściej używany w tranzystorze MOSFET, urządzeniu półprzewodnikowym i urządzeniach półprzewodnikowych. Elektroda bramki jest ładowana w celu wytworzenia pola elektrycznego, które może kontrolować przewodnictwo „kanału” między dwoma zaciskami, nazywane jest źródłem i drenem. W zależności od rodzaju nośnika w kanale, urządzenie może być n-kanałowym (dla elektronów) lub p-kanałowym (dla dziur) tranzystorem MOSFET.

Materiały urządzeń półprzewodnikowych

Krzem (Si) jest najczęściej używanym materiałem w urządzeniach półprzewodnikowych. Ma niższy koszt surowców i stosunkowo prosty proces. Jego użyteczny zakres temperatur sprawia, że jest to obecnie najlepszy kompromis wśród różnych konkurencyjnych materiałów. Krzem używany do produkcji urządzeń półprzewodnikowych jest obecnie wytwarzany w misach o wystarczająco dużej średnicy, aby umożliwić wytwarzanie wafli o średnicy 300 mm (12 cali).

German (Ge) był szeroko stosowany we wczesnych materiałach półprzewodnikowych, ale jego czułość termiczna jest mniej użyteczna niż krzem. Obecnie german jest często stapiany z krzemem (Si) do stosowania w bardzo szybkich urządzeniach SiGe. IBM jest głównym producentem takich urządzeń.

Arsenek galu (GaAs) jest również szeroko stosowany w urządzeniach o dużej prędkości, ale do tej pory trudno było uformować misy z tego materiału o dużej średnicy, ograniczając rozmiary wafli znacznie mniejsze niż wafle krzemowe, co prowadzi do masowej produkcji arsenku galu (GaAs) znacznie droższe od krzemu.

Lista popularnych urządzeń półprzewodnikowych

Lista typowych urządzeń półprzewodnikowych obejmuje głównie dwa terminale, trzy terminale i cztery terminale.

Typowe urządzenia półprzewodnikowe

Urządzenia z dwoma terminalami to

Dioda (dioda prostownika)
Dioda Gunna
Diody IMPACT
Dioda laserowa
Dioda Zenera
Dioda Schottky'ego
Dioda PIN
Dioda tunelowa
Dioda elektroluminescencyjna (LED)
Fototranzystor
Fotokomórka
Ogniwo słoneczne
Dioda tłumiąca przepięcia
VCSEL

Urządzenia z trzema zaciskami są

“Tabela konwersji dziesiętnej na binarną ”

Tranzystor bipolarny
Tranzystor polowy
Tranzystor Darlington
Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT)
Tranzystor jednozłączowy
Prostownik sterowany silikonem
Tyrystor
TRIAC

Urządzenia czterozaciskowe są

Sprzęgacz foto (transoptor)
Czujnik Halla (czujnik pola magnetycznego)

Zastosowania urządzeń półprzewodnikowych

Wszystkie typy tranzystorów mogą być używane jako elementy składowe bramek logicznych , co jest przydatne przy projektowaniu układów cyfrowych. W układach cyfrowych, takich jak mikroprocesory, tranzystory, które działają jako przełącznik (włącz-wyłącz) na przykład w MOSFET, napięcie przyłożone do bramki określa, czy przełącznik jest włączony, czy wyłączony.

Tranzystory używane w obwodach analogowych nie działają jako przełączniki (on-off) względnie, reagują na ciągły zakres wejściowy z ciągłym zakresem wyjściowym. Typowe obwody analogowe obejmują oscylatory i wzmacniacze. Obwody, które łączą się lub dokonują translacji między obwodami analogowymi a obwodami cyfrowymi, są znane jako obwody sygnałów mieszanych.

Zalety urządzeń półprzewodnikowych

Ponieważ urządzenia półprzewodnikowe nie mają włókien, nie jest potrzebna żadna moc do ich podgrzania, aby spowodować emisję elektronów.
Ponieważ ogrzewanie nie jest wymagane, urządzenia półprzewodnikowe są uruchamiane natychmiast po włączeniu obwodu.
Podczas pracy urządzenia półprzewodnikowe nie wytwarzają brzęczenia.
Urządzenia półprzewodnikowe wymagają pracy przy niskim napięciu w porównaniu z lampami próżniowymi.
Ze względu na swoje małe rozmiary obwody zawierające elementy półprzewodnikowe są bardzo zwarte.
Urządzenia półprzewodnikowe są odporne na wstrząsy.
Urządzenia półprzewodnikowe są tańsze w porównaniu do lamp próżniowych.
Urządzenia półprzewodnikowe mają prawie nieograniczoną żywotność.
Ponieważ w urządzeniach półprzewodnikowych nie trzeba wytwarzać próżni, nie mają one problemów z pogorszeniem się próżni.

Wady urządzeń półprzewodnikowych

Poziom hałasu jest wyższy w urządzeniach półprzewodnikowych niż w lampach próżniowych.
Zwykłe urządzenia półprzewodnikowe nie radzą sobie z tak większą mocą, jak zwykłe lampy próżniowe.
W zakresie wysokich częstotliwości mają słabą odpowiedź.

Tak więc chodzi o różne typy urządzeń półprzewodnikowych, w tym dwa terminale, trzy terminale i cztery urządzenia końcowe. Mamy nadzieję, że lepiej zrozumieliście tę koncepcję. Ponadto wszelkie wątpliwości dotyczące tej koncepcji lub projektów elektrycznych i elektronicznych prosimy o wyrażenie opinii, komentując w sekcji komentarzy poniżej. Oto pytanie do Ciebie, jakie są zastosowania przyrządów półprzewodnikowych?

Kredyty fotograficzne: