خصائص ثنائيات السيليكون والجرمانيوم

عندما نفكر في الأجهزة الإلكترونية ، غالبًا ما نفكر في مدى سرعة تشغيل هذه الأجهزة أو المدة التي يمكننا خلالها تشغيل الجهاز قبل إعادة شحن البطارية. ما لا يفكر فيه معظم الناس هو مكونات مكونات أجهزتهم الإلكترونية. بينما يختلف كل جهاز في بنائه ، فإن هذه الأجهزة تشترك جميعها في شيء واحد - الدوائر الإلكترونية ذات المكونات التي تحتوي على العناصر الكيميائية السليكون والجرمانيوم.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

السيليكون والجرمانيوم عنصران كيميائيان يسمى الفلزات. يمكن دمج كل من السيليكون والجرمانيوم مع عناصر أخرى تسمى dopants لإنشاء أجهزة إلكترونية صلبة ، مثل الثنائيات والترانزستورات والخلايا الكهروضوئية. يتمثل الاختلاف الأساسي بين ثنائيات السيليكون والجرمانيوم في الجهد المطلوب لتشغيل الصمام الثنائي (أو "منحازًا للأمام"). تتطلب ثنائيات السيليكون 0.7 فولت لتصبح منحازة للأمام ، بينما تتطلب ثنائيات الجرمانيوم 0.3 فولت فقط لتصبح منحازة للأمام.

الجرمانيوم والسيليكون عناصر كيميائية تسمى الفلزات. كلا العنصرين هش وله بريق معدني. كل عنصر من هذه العناصر له غلاف إلكترون خارجي يحتوي على أربعة إلكترونات ؛ هذه الخاصية من السيليكون والجرمانيوم تجعل من الصعب على أي من العناصر في أنقى صورها أن يكون موصلًا كهربائيًا جيدًا. تتمثل إحدى طرق التسبب في إجراء الفلزات على تيار كهربائي بحرية في تسخينه. تؤدي إضافة الحرارة إلى تحرك الإلكترونات الحرة في الفلزات بشكل أسرع وتنتقل بحرية أكبر ، مما يسمح بتطبيقها يتدفق التيار الكهربائي إذا كان الفرق في الجهد عبر الفلزات كافياً للقفز في التوصيل حافظة مسافة.

هناك طريقة أخرى لتغيير الخصائص الكهربائية للجرمانيوم والسيليكون وهي إدخال عناصر كيميائية تسمى dopants. يمكن العثور على عناصر مثل البورون أو الفوسفور أو الزرنيخ في الجدول الدوري بالقرب من السيليكون والجرمانيوم. عندما يتم إدخال dopants إلى الفلزات ، فإن dopant يوفر إما إلكترونًا إضافيًا إلى غلاف الإلكترون الخارجي للمعدن أو يحرم الفلزات من أحد إلكتروناته.

في المثال العملي للديود ، يتم تخدير قطعة من السليكون بنوعين مختلفين من المنشطات ، مثل البورون على جانب واحد والزرنيخ على الجانب الآخر. النقطة التي يلتقي فيها الجانب المخدر بورون بالجانب المخدر بالزرنيخ تسمى تقاطع PN. بالنسبة إلى الصمام الثنائي للسيليكون ، يُطلق على الجانب المشبع بالبورون اسم "السيليكون من النوع P" لأن إدخال البورون يحرم السيليكون من الإلكترون أو يُدخل "ثقب" الإلكترون. على على الجانب الآخر ، يُطلق على السيليكون المشبع بالزرنيخ اسم "السيليكون من النوع N" لأنه يضيف إلكترونًا ، مما يجعل من السهل تدفق التيار الكهربائي عند تطبيق الجهد على الصمام الثنائي.

نظرًا لأن الصمام الثنائي يعمل كصمام أحادي الاتجاه لتدفق التيار الكهربائي ، يجب أن يكون هناك فرق جهد مطبق على نصفي الصمام الثنائي ، ويجب تطبيقه في المناطق الصحيحة. من الناحية العملية ، هذا يعني أنه يجب تطبيق القطب الموجب لمصدر الطاقة على السلك المتجه إلى مادة من النوع P ، بينما يجب تطبيق القطب السالب على مادة من النوع N حتى يقوم الصمام الثنائي بإجراء كهرباء. عندما يتم تطبيق الطاقة بشكل صحيح على الصمام الثنائي ، ويقوم الصمام الثنائي بتوصيل التيار الكهربائي ، يُقال إن الصمام الثنائي متحيز للأمام. عندما يتم تطبيق القطبين السالب والموجب لمصدر الطاقة على المواد ذات القطبية المعاكسة للديود - القطب الموجب ل المواد من النوع N والقطب السالب إلى مادة من النوع P - لا يقوم الصمام الثنائي بإجراء تيار كهربائي ، وهي حالة تُعرف باسم التحيز العكسي.

يتمثل الاختلاف الرئيسي بين ثنائيات الجرمانيوم والسيليكون في الجهد الذي يبدأ عنده التيار الكهربائي في التدفق بحرية عبر الصمام الثنائي. يبدأ الصمام الثنائي الجرمانيوم عادةً في توصيل التيار الكهربائي عندما يصل الجهد المطبق بشكل صحيح عبر الصمام الثنائي إلى 0.3 فولت. تتطلب ثنائيات السيليكون مزيدًا من الجهد لإجراء التيار ؛ يتطلب الأمر 0.7 فولت لإنشاء حالة انحياز أمامي في صمام ثنائي من السيليكون.