מוליכים למחצה סוגי, יישומים ודוגמאות

ה מוליכים למחצה הם רכיבים המבצעים את פעולת המוליכים או המבודדים באופן סלקטיבי, בהתאם לתנאים החיצוניים שאליהם הם נתונים, כגון טמפרטורה, לחץ, קרינה ושדות מגנטיים או חשמליים.

בטבלה המחזורית קיימים 14 אלמנטים של מוליכים למחצה, ביניהם סיליקון, גרמניום, סלניום, קדמיום, אלומיניום, גליום, בורון, אינדיום ופחמן. מוליכים למחצה הם מוצקים גבישיים עם מוליכות חשמלית בינונית, ולכן הם יכולים לשמש בדרך כפולה כמו מנצח ומבודד.

אם הם משמשים כמנצחים, בתנאים מסוימים התנאים מאפשרים את זרימת זרם חשמלי, אבל רק בכיוון אחד. כמו כן, אין להם מוליכות גבוהה כמו של מתכות מוליכות.

מוליכים למחצה משמשים ביישומים אלקטרוניים, במיוחד עבור ייצור של רכיבים כגון טרנזיסטורים, דיודות ומעגלים משולבים. הם משמשים גם אביזרים או אביזרים עבור חיישנים אופטיים, כגון מצב מוצק לייזרים, וכמה התקני כוח עבור מערכות הולכה חשמל..

נכון לעכשיו, אלמנטים מסוג זה משמשים להתפתחויות טכנולוגיות בתחומי התקשורת, מערכות הבקרה ועיבוד האותות, הן ביישומים מקומיים והן בתעשייה.

אינדקס

• 1 סוגים
  • 1.1 מוליכים למחצה פנימיים
  • 1.2 מוליכים למחצה חיצוניים
• 2 מאפיינים
• 3 יישומים
• 4 דוגמאות
• 5 הפניות

סוגים

ישנם סוגים שונים של חומרים מוליכים למחצה, בהתאם זיהומים הם מציגים את התגובה הפיזית שלהם גירויים סביבתיים שונים.

מוליכים למחצה פנימיים

האם אותם יסודות שהמבנה המולקולרי שלהם מורכב מסוג אטום אחד. בין סוג זה של מוליכים למחצה מהותי הוא silico ו גרמניום.

המבנה המולקולרי של מוליכים למחצה הפנימיים הוא tetrahedral; כלומר, יש קשרים קוולנטיים בין ארבעה אטומים שמסביב, כפי שמוצג בתמונה למטה.

לכל אטום של מוליך למחצה פנימי יש 4 אלקטרונים הערכיות; כלומר, 4 אלקטרונים המקיפים את השכבה החיצונית של כל אטום. בתורו, כל אחד מהם electrons יוצר קשרים עם אלקטרונים סמוכים.

בדרך זו, כל אטום יש 8 אלקטרונים בשכבה השטחית ביותר שלה, אשר יוצר איחוד מוצק בין האלקטרונים ואת האטומים המרכיבים את הסריג קריסטל.

בגלל תצורה זו, האלקטרונים אינם נעים בקלות בתוך המבנה. לכן, בתנאים סטנדרטיים, מוליכים למחצה הפנימיים מתנהגים כמבודד.

עם זאת, מוליכות של מוליכים למחצה הפנימיים עולה בכל פעם הטמפרטורה עולה, שכן כמה אלקטרונים valence לספוג אנרגיית חום נפרדת מן האג"ח.

אלקטרונים אלה הופכים אלקטרונים חופשיים, ואם הם מטופלים כראוי על ידי הבדל פוטנציאל חשמלי, הם יכולים לתרום זרימת הנוכחי בתוך הסריג גבישי.

במקרה זה, האלקטרונים החופשיים קופצים אל רצועת ההולכה ועוברים לקוטב החיובי של המקור הפוטנציאלי (סוללה, לדוגמה).

התנועה של האלקטרונים הערכיים לגרום ואקום במבנה המולקולרי, שתוצאתו תשואה דומה מטען חיוב אפקט המערכת, ולכן הם נחשבים נושאי מטען חיוביים.

ואז, השפעה הפוכה מתרחשת, שכן כמה אלקטרונים יכולים ליפול מן הלהקה של הולכה עד שכבת הערכיות משחררת אנרגיה בתהליך, אשר מקבל את שם רקומבינציה.

מוליכים למחצה חיצוניים

הם מתאימים על ידי כולל זיהומים בתוך מנצחים מהותי; כלומר, על ידי שילוב אלמנטים טריבנטליים או מחפירים.

תהליך זה ידוע בשם סימום ומטרתו להגדיל את המוליכות של חומרים, כדי לשפר את התכונות הפיסיקליות והחשמליות של אלה.

על ידי החלפת אטום מוליך למחצה אטום עבור אטום של רכיב אחר, שני סוגים של מוליכים למחצה חיצוני ניתן להשיג, המפורטים להלן.

סוג מוליך למחצה P

במקרה זה, הטומאה היא מרכיב מוליך למחצה trivalent; כלומר, עם שלושה (3) אלקטרונים פגז הערכיות שלה.

אלמנטים חודרניים בתוך המבנה נקראים אלמנטים מסוממים. דוגמאות של אלמנטים אלה עבור מוליכים למחצה מסוג P הם בורון (B), גליום (Ga) או אינדיום (In).

בהעדר אלקטרון ערכיות כדי ליצור את ארבע הקשרים קוולנטיים של מוליך למחצה פנימי, P- סוג מוליכים למחצה יש פער הקישור החסר.

זה עושה את המעבר של אלקטרונים שאינם שייכים לרשת גבישי דרך זה חיוב חיובי נושאת חור.

בשל החיוב החיובי של הפער של הקישור, סוג זה של המוליכים נקרא עם האות "P", וכתוצאה מכך, הם מוכרים כמו האלקטרונים acceptors.

זרימת האלקטרונים דרך פערי הקשר מייצרת זרם חשמלי הזורם בכיוון ההפוך לזרם הנגזר מאלקטרונים חופשיים.

סוג מוליך למחצה N

אלמנט פולשני בתצורה ניתנת על ידי אלמנטים pentavalent; כלומר, אלה שיש להם 5 (5) אלקטרונים בלהקה הערכיות.

במקרה זה, זיהומים ישולבו אלמנטים המוליכים למחצה מהותי הן זרחן (P), אנטימון (SB) או ארסן (כפי).

דופנטים יש אלקטרון הערכיות נוספת, כי אין קישור קוולנטי להצטרף, הוא חופשי באופן חופשי לעבור דרך רשת גבישית.

כאן, זרם חשמלי זורמת דרך החומר הודות לעודף של אלקטרונים חינם מסופק על ידי דופנט. לכן, מוליכים למחצה מסוג N נחשבים תורמים אלקטרונים.

תכונות

מוליכים למחצה מאופיינים הפונקציונליות הכפולה שלהם, יעילות האנרגיה, מגוון של יישומים ועלות נמוכה. המאפיינים הבולטים של מוליכים למחצה מפורטים להלן.

- תגובתו (מנצח או מבודד) יכולה להשתנות בהתאם לרגישות של האלמנט לתאורה, שדות חשמליים ושדות מגנטיים של הסביבה.

- אם מוליכים למחצה נתון לטמפרטורה נמוכה, האלקטרונים יחזיקו יחד הלהקה הערכיות, ולכן, לא יהיו אלקטרונים חופשיים לקום עבור זרימת זרם חשמלי. 

עם זאת, אם מוליך למחצה חשוף לטמפרטורות גבוהות, הרטט התרמי יכול להשפיע על כוחו של קשרים קוולנטיים של האטומים של היסוד, אשר חינם אלקטרוני הולכה חשמליים.

- מוליכות של מוליכים למחצה משתנה בהתאם לשיעור של זיהומים או אלמנטים סימום בתוך מוליך למחצה פנימי.

לדוגמה, אם 10 אטומי בורון כלולים במיליון אטומי סיליקון, היחס מגביר את המוליכות של המתחם אלף פעמים, בהשוואה למוליכות הסיליקון הטהור..

- מוליכות של מוליכים למחצה משתנה בטווח שבין 1 ל 10^-6 ש^-1, בהתאם לסוג של יסוד כימי בשימוש.

- מוליכים למחצה מתחם או חיצוניים עשוי להפגין תכונות אופטיות וחשמליות ניכרת נעלה את המאפיינים של דוגמה מוליכים למחצה intrínsecos.Un של היבט זה הוא גליום ארסניד (GaAs), המשמש בעיקר ביישומים תדר רדיו ויישומים אופטו אחרים.

יישומים

מוליכים למחצה נמצאים בשימוש נרחב כחומר גלם באסיפה של אלמנטים אלקטרוניים שהם חלק מחיי היומיום שלנו, כגון מעגלים משולבים.

אחד המרכיבים העיקריים של מעגל משולב הם טרנזיסטורים. התקנים אלה ממלאים את הפונקציה של מתן אות פלט (תנודתי, מוגבר או מתוקן) על פי אות קלט ספציפי.

בנוסף, מוליכים למחצה הם גם החומר העיקרי של דיודות המשמשות במעגלים אלקטרוניים כדי לאפשר מעבר של זרם חשמלי רק בכיוון אחד.

על העיצוב של דיודות, צומת של P-סוג המוליכים למחצה חיצוני ו- N-סוג החלפה בוצע ספקים ותורם אלקטרונים נוצרים, מנגנון איזון מופעל בין שני האזורים.

לפיכך, האלקטרונים ואת החורים בשני האזורים מצטלבים ומשלימים זה את זה במידת הצורך. זה קורה בשתי דרכים:

- העברת אלקטרונים מאזור N-type לאזור P מתרחשת באזור N-type מקבל אזור טעינה חיובי בעיקר.

- מוצג קטע של חורים נושאת אלקטרונים מאזור מסוג P אל אזור מסוג N. אזור מסוג P רוכש מטען שלילי ברובו.

לבסוף, נוצר שדה חשמלי המניע את זרימת הזרם בכיוון אחד בלבד; כלומר, מאזור N לאזור P.

בנוסף, באמצעות שילובים של מוליכים למחצה פנימי וחיצוני יכול לייצר מכשירים לבצע פונקציות דומות צינור ואקום המכיל נפח שלה מאות פעמים.

סוג זה של יישומים חל על מעגלים משולבים, כגון שבבים המיקרו כי לכסות כמות ניכרת של אנרגיה חשמלית.

מוליכים למחצה נמצאים במכשירים אלקטרוניים בהם אנו משתמשים בחיי היומיום שלנו, כגון ציוד קו חום כגון טלוויזיות, נגני וידאו, ציוד קול; מחשבים וטלפונים סלולריים.

דוגמאות

המוליכים למחצה הנפוץ ביותר בתעשיית האלקטרוניקה הוא סיליקון (Si). חומר זה נמצא במכשירים המרכיבים את המעגלים המשולבים המהווים חלק מהיום שלנו.

גרניום וסגסוגות סיליקון (SiGe) משמשים במעגלים משולבים במהירות גבוהה עבור מכ"מים ומגברים של מכשירים חשמליים, כגון גיטרות חשמליות.

דוגמה נוספת של מוליכים למחצה הוא גליום arsenide (GaAs), בשימוש נרחב מגברים האות, במיוחד עם אותות רווח גבוה ורמת רעש נמוכה.

הפניות

1. בריאן, מ '(s.f.) איך Semiconductors עבודה. מקור:
2. Landin, P. (2014). מוליכים למחצה פנימיים וחיצוניים. מקור: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, מ '(s.f.). מוליכים למחצה. מקור: whatis.techtarget.com
4. סמיקונדקטור (1998). אנציקלופדיה בריטניקה, לונדון, בריטניה. מקור: britannica.com
5. מה הם מוליכים למחצה? (s.f.). © Hitachi High-Technologies Corporation. מקור: hitachi-hightech.com
6. ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית (2018). מוליכים למחצה. מקור: en.wikipedia.org