Tipuri de semiconductori, aplicații și exemple

semiconductoare Ele sunt elemente care îndeplinesc selectiv funcția de conductoare sau izolatoare, în funcție de condițiile externe la care sunt supuse, cum ar fi temperatura, presiunea, radiațiile și câmpurile magnetice sau electrice.

În tabelul periodic sunt prezente 14 elemente semiconductoare, printre care siliciu, germaniu, seleniu, cadmiu, aluminiu, galiu, bor, indiu și carbon. Semiconductorii sunt solide cristaline cu o conductivitate electrică medie, astfel încât acestea să poată fi utilizate în mod dual ca conductor și izolator.

Dacă sunt utilizate ca conductori, în anumite condiții condițiile permit circulația curentului electric, dar numai într-o singură direcție. De asemenea, ele nu au o conductivitate la fel de mare ca cea a metalelor conductive.

Semiconductorii sunt utilizați în aplicații electronice, în special pentru fabricarea de componente cum ar fi tranzistoare, diode și circuite integrate. Acestea sunt, de asemenea, folosite ca accesorii sau accesorii pentru senzori optici, cum ar fi laserele cu semiconductori și unele dispozitive de alimentare pentru sistemele de transmisie a energiei electrice.

În prezent, acest tip de elemente este utilizat pentru dezvoltarea tehnologică în domeniul telecomunicațiilor, al sistemelor de control și al procesării semnalelor, atât în ​​aplicațiile interne, cât și în cele industriale.

index

• 1 Tipuri
  • 1.1 Semiconductori intrinseci
  • 1.2 Semiconductori externi
• 2 Caracteristici
• 3 Aplicații
• 4 Exemple
• 5 Referințe

tip

Există diferite tipuri de materiale semiconductoare, în funcție de impuritățile pe care le prezintă și răspunsul lor fizic la diferiți stimuli de mediu.

Semiconductori intrinseci

Sunt acele elemente ale căror structuri moleculare sunt compuse dintr-un singur tip de atom. Printre acest tip de semiconductori intrinseci se numără silico și germaniu.

Structura moleculară a semiconductorilor intrinseci este tetraedrică; adică are legături covalente între patru atomi înconjurați, așa cum este prezentat în imaginea de mai jos.

Fiecare atom al unui semiconductor intrinsec are 4 electroni de valență; adică, patru electroni orbitează în stratul exterior al fiecărui atom. La rândul lor, fiecare dintre acești electroni formează legături cu electronii adiacenți.

În acest fel, fiecare atom are 8 electroni în stratul său cel mai superficial, care formează o uniune solidă între electroni și atomii care alcătuiesc grâul de cristal.

Din cauza acestei configurații, electronii nu se mișcă ușor în interiorul structurii. Astfel, în condiții standard, semiconductorii intrinseci se comportă ca un izolator.

Cu toate acestea, conductivitatea semiconductorului intrinsec crește odată cu creșterea temperaturii, deoarece unii electroni de valență absorb energia termică și se separă de legături.

Acești electroni devin electroni liberi și, dacă sunt corect abordați de o diferență de potențial electric, pot contribui la circulația curentului în interiorul rețelei de cristal.

În acest caz, electronii liberi sară la banda de conducție și merg la polul pozitiv al sursei potențiale (de exemplu, o baterie).

Mișcarea electronilor de valență induce un vid în structura moleculară, ceea ce se traduce printr-un efect similar celui care ar produce o sarcină pozitivă în sistem, astfel încât acestea sunt considerate ca purtători de sarcină pozitivi.

Apoi, apare un efect invers, deoarece unii electroni pot cădea de la banda de conducție la stratul de valență care eliberează energie în proces, ceea ce se numește recombinare.

Semiconductori externi

Acestea se conformează prin includerea impurităților în interiorul conducătorilor auto intrinseci; adică prin încorporarea elementelor trivalente sau pentavalente.

Acest proces este cunoscut sub numele de dopaj și vizează creșterea conductivității materialelor, îmbunătățirea proprietăților fizice și electrice ale acestora.

Când se substituie un atom de semiconductor intrinsec pentru un atom dintr-o altă componentă, pot fi obținute două tipuri de semiconductori extrinseci, care sunt detaliate mai jos.

Tip semiconductor P

În acest caz, impuritatea este un element semiconductor trivalent; adică cu trei (3) electroni în cochilia lui de valență.

Elementele intruzive din cadrul structurii se numesc elemente dopante. Exemple de astfel de elemente pentru semiconductori de tip P sunt bor (B), galiu (Ga) sau indiu (In).

Lipsind un electron de valență pentru a forma cele patru legături covalente ale unui semiconductor intrinsec, semiconductorul de tip P are un decalaj în legătura lipsă.

Aceasta face trecerea electronilor care nu aparțin rețelei cristaline prin această gaură purtătoare de sarcină pozitivă.

Datorită încărcării pozitive a decalajului legăturii, acest tip de conductori este numit cu litera "P" și, prin urmare, sunt recunoscuți ca acceptori de electroni.

Fluxul de electroni prin găurile legăturii produce un curent electric care curge în direcția opusă curentului derivat din electronii liberi.

Tip semiconductor N

Elementul intruziv din configurație este dat de elementele pentavalente; adică cei care au cinci (5) electroni în banda de valență.

În acest caz, impuritățile sunt încorporate în elementele semiconductoare intrinseci sunt fosfor (P), antimoniu (Sb) sau arsenic (As).

Dopanți au un electron de valență în continuare că, prin faptul că nu au o legătură covalentă să se alăture, în mod automat este liber să se deplaseze prin rețeaua cristalină.

Aici, curentul electric circulă prin material datorită excedentului de electroni liberi furnizați de dopant. Prin urmare, semiconductorii de tip N sunt considerați donatori de electroni.

caracteristici

Semiconductorii se caracterizează prin funcționalitatea duală, eficiența energetică, diversitatea aplicațiilor și costurile reduse. Cele mai remarcabile caracteristici ale semiconductorilor sunt detaliate mai jos.

- Răspunsul său (conductive sau izolatoare) poate varia în funcție de sensibilitatea elementului la câmpuri luminoase, electrice și magnetice din mediu.

- În cazul în care semiconductor este supus la o temperatură scăzută, electronii vor avea loc împreună în banda de valență și, prin urmare, nu apare pentru fluxul liber de electroni curent electric.

Cu toate acestea, în cazul în care semiconductor este expus la temperaturi ridicate, vibrația termică poate afecta rezistența legăturilor covalente ale atomilor elementului, eliberând electronii de conducție electrică rămân.

- Conductivitatea semiconductorilor variază în funcție de proporția impurităților sau a elementelor de dopaj din interiorul unui semiconductor intrinsec.

De exemplu, dacă 10 atomi de bor sunt incluși într-un milion de atomi de siliciu, raportul crește conductivitatea compusului de o mie de ori, în comparație cu conductivitatea siliciului pur.

- Conductivitatea semiconductorilor variază între 1 și 10^-6 S.cm^-1, în funcție de tipul de element chimic utilizat.

- Compușii sau semiconductori extrinseci pot prezenta proprietăți optice și electrice considerabil superioare proprietăților semiconductor exemplului intrínsecos.Un al acestui aspect este arseniură de galiu (GaAs), utilizat în mod predominant în aplicații de frecvență radio și alte aplicații optoelectronice.

aplicații

Semiconductorii sunt folosiți pe scară largă ca materie primă în asamblarea elementelor electronice care fac parte din viața de zi cu zi, cum ar fi circuitele integrate.

Unul dintre elementele principale ale unui circuit integrat sunt tranzistoarele. Aceste dispozitive îndeplinesc funcția de a furniza un semnal de ieșire (oscilant, amplificat sau rectificat) în funcție de un semnal de intrare specific.

În plus, semiconductori sunt, de asemenea, materialul primar de diode utilizate în circuitele electronice, pentru a permite trecerea curentului electric într-o singură direcție.

Pentru proiectarea de diode, joncțiuni de semiconductori extrinseci de tip P și N-tip Al se formează purtători și donori de electroni alternativ, un mecanism de echilibrare între cele două zone este activat.

Astfel, electronii și găurile din ambele zone se intersectează și se completează reciproc acolo unde este necesar. Acest lucru se întâmplă în două moduri:

- Apare transferul electronilor din zona de tip N la zona P. N Zona tip obține predominant o sarcină pozitivă.

- Există un pasaj de electroni care transportă găuri din zona de tip P în zona tip N. Zona de tip P dobândește o încărcătură predominant negativă.

În cele din urmă, este creat un câmp electric care induce circulația curentului într-o singură direcție; adică de la zona N la zona P

În plus, utilizarea combinațiilor de semiconductori intrinseci și extrinseci poate produce dispozitive care efectuează funcții similare cu tubul vid care conține volumul său sute de ori.

Acest tip de aplicații se aplică circuitelor integrate, cum ar fi, de exemplu, chips-uri cu microprocesor care acoperă o cantitate considerabilă de energie electrică.

Semiconductori sunt prezente în dispozitive electronice pe care le folosim în viața de zi cu zi, cum ar fi echipamentele de linie maro, cum ar fi televizoare, aparate video, sisteme stereo; calculatoare și telefoane mobile.

Exemple

Cel mai frecvent utilizat semiconductor în industria electronică este siliciul (Si). Acest material este prezent în dispozitivele care alcătuiesc circuitele integrate care fac parte din zilele noastre.

Germaniul și aliajele de siliciu (SiGe) sunt utilizate în circuite integrate de mare viteză pentru radare și amplificatoare de instrumente electrice, cum ar fi chitare electrice.

Un alt exemplu de semiconductor este arsenidul de galiu (GaAs), utilizat pe scară largă în amplificatoarele de semnal, semnale în special cu un câștig ridicat și un nivel scăzut de zgomot.

referințe

1. Brian, M. (s.f.). Cum funcționează semiconductorii. Adus de la: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Semiconductori intrinseci și extrinseci. Adus de la: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Semiconductor. Adus de la: whatis.techtarget.com
4. Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc.Londra, Regatul Unit. Recuperat de la: britannica.com
5. Ce sunt semiconductorii? (N.d.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Adus de la: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, Enciclopedia Liberă (2018). Semiconductor. Adus de la: en.wikipedia.org