Når vi tænker på elektroniske enheder, tænker vi ofte over, hvor hurtigt disse enheder fungerer, eller hvor længe vi kan betjene enheden, inden vi genoplader batteriet. Hvad de fleste ikke tænker på, er hvad komponenterne i deres elektroniske enheder er lavet af. Mens hver enhed adskiller sig i sin konstruktion, har disse enheder alle en ting til fælles - elektroniske kredsløb med komponenter, der indeholder de kemiske grundstoffer silicium og germanium.
TL; DR (for lang; Har ikke læst)
Silicium og germanium er to kemiske grundstoffer kaldet metalloider. Både silicium og germanium kan kombineres med andre elementer kaldet dopanter for at skabe solid state elektroniske enheder, såsom dioder, transistorer og fotoelektriske celler. Den primære forskel mellem silicium- og germaniumdioder er den spænding, der er nødvendig for, at dioden kan tænde (eller blive "fremadspændt"). Siliciumdioder kræver 0,7 volt for at blive forspændt, mens germaniumdioder kun kræver 0,3 volt for at blive fremadspændt.
Sådan får du metalloider til at lede elektriske strømme
Germanium og silicium er kemiske grundstoffer kaldet metalloider. Begge elementer er sprøde og har en metallisk glans. Hvert af disse elementer har en ydre elektronskal, der indeholder fire elektroner; denne egenskab af silicium og germanium gør det vanskeligt for ethvert element i sin reneste form at være en god elektrisk leder. En måde at få en metalloid til at lede elektrisk strøm frit er at varme den op. Tilsætning af varme får de frie elektroner i en metalloid til at bevæge sig hurtigere og bevæge sig mere frit, så de anvendes elektrisk strøm til at strømme, hvis forskellen i spænding over metalloiden er nok til at hoppe ind i ledningen bånd.
Introduktion til Dopants til Silicon og Germanium
En anden måde at ændre de elektriske egenskaber ved germanium og silicium er at introducere kemiske grundstoffer kaldet dopanter. Elementer som bor, fosfor eller arsen findes i det periodiske system nær silicium og germanium. Når dopanter introduceres til en metalloid, tilvejebringer dopanten enten en ekstra elektron til den ydre elektronskal af metalloid eller fratager metalloid en af dens elektroner.
I det praktiske eksempel på en diode doteres et stykke silicium med to forskellige dopemidler, såsom bor på den ene side og arsen på den anden. Det punkt, hvor den bor-dopede side møder den arsen-dopede side, kaldes et P-N-kryds. For en siliciumdiode kaldes den boredopede side "P-type silicium", fordi introduktionen af bor fratager siliconen for en elektron eller introducerer et elektron "hul". På på den anden side kaldes arsen-doteret silicium “N-type silicium”, fordi det tilføjer en elektron, hvilket gør det lettere for elektrisk strøm at strømme, når der påføres spænding til diode.
Da en diode fungerer som en envejsventil til strømmen af elektrisk strøm, skal der være en spændingsforskel på de to halvdele af dioden, og den skal anvendes i de rigtige områder. Rent praktisk betyder dette, at den positive pol for en strømkilde skal påføres ledningen, der går til P-type materiale, mens den negative pol skal påføres N-type materiale for at dioden kan lede elektricitet. Når strøm tilføres en diode korrekt, og dioden leder elektrisk strøm, siges det, at dioden er forspændt. Når de negative og positive poler i en strømkilde påføres de modsatte polaritetsmaterialer i en diode - positiv pol til N-type materiale og negativ pol til P-type materiale - en diode leder ikke elektrisk strøm, en tilstand kendt som reverse-bias.
Forskellen mellem Germanium og Silicon
Den største forskel mellem germanium- og siliciumdioder er den spænding, hvormed elektrisk strøm begynder at strømme frit over dioden. En germaniumdiode begynder typisk at lede elektrisk strøm, når spændingen, der påføres korrekt over dioden, når 0,3 volt. Siliciumdioder kræver mere spænding for at lede strøm; det tager 0,7 volt at skabe en fremadrettet situation i en siliciumdiode.