Όταν σκεφτόμαστε ηλεκτρονικές συσκευές, συχνά σκεφτόμαστε πόσο γρήγορα λειτουργούν αυτές οι συσκευές ή πόσο καιρό μπορούμε να λειτουργήσουμε τη συσκευή πριν επαναφορτίσουμε την μπαταρία. Αυτό που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν σκέφτονται είναι από ποια είναι τα στοιχεία των ηλεκτρονικών συσκευών τους. Ενώ κάθε συσκευή διαφέρει στην κατασκευή της, όλες αυτές οι συσκευές έχουν ένα κοινό σημείο - ηλεκτρονικά κυκλώματα με εξαρτήματα που περιέχουν τα χημικά στοιχεία πυρίτιο και γερμάνιο.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι δύο χημικά στοιχεία που ονομάζονται μεταλλοειδή. Τόσο το πυρίτιο όσο και το γερμάνιο μπορούν να συνδυαστούν με άλλα στοιχεία που ονομάζονται dopants για τη δημιουργία ηλεκτρονικών συσκευών στερεάς κατάστασης, όπως διόδους, τρανζίστορ και φωτοηλεκτρικά κύτταρα. Η κύρια διαφορά μεταξύ των διόδων πυριτίου και γερμανίου είναι η τάση που απαιτείται για να ενεργοποιηθεί η δίοδος (ή να γίνει «προκατειλημμένη»). Οι δίοδοι πυριτίου απαιτούν 0,7 βολτ για να γίνουν προκατειλημμένες, ενώ οι δίοδοι γερμανίου απαιτούν μόνο 0,3 βολτ για να γίνουν προκατειλημμένες.
Πώς να προκαλέσετε μεταλλοειδή για να πραγματοποιήσετε ηλεκτρικά ρεύματα
Το γερμάνιο και το πυρίτιο είναι χημικά στοιχεία που ονομάζονται μεταλλοειδή. Και τα δύο στοιχεία είναι εύθραυστα και έχουν μεταλλική λάμψη. Κάθε ένα από αυτά τα στοιχεία έχει ένα εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων που περιέχει τέσσερα ηλεκτρόνια. Αυτή η ιδιότητα του πυριτίου και του γερμανίου καθιστά δύσκολο για κάθε στοιχείο στην καθαρότερη μορφή του να είναι ένας καλός ηλεκτρικός αγωγός. Ένας τρόπος για να προκαλέσετε ελεύθερο ηλεκτρικό ρεύμα από ένα μεταλλοειδές είναι να το θερμάνετε. Η προσθήκη θερμότητας προκαλεί τα ελεύθερα ηλεκτρόνια σε ένα μεταλλοειδές να κινούνται γρηγορότερα και να ταξιδεύουν πιο ελεύθερα, επιτρέποντας την εφαρμογή ηλεκτρικό ρεύμα για να ρέει εάν η διαφορά τάσης στο μεταλλοειδές είναι αρκετή για να πηδήξει στην αγωγιμότητα ζώνη.
Παρουσιάζοντας το Dopants στο Silicon και το Germanium
Ένας άλλος τρόπος για να αλλάξετε τις ηλεκτρικές ιδιότητες του γερμανίου και του πυριτίου είναι να εισαγάγετε χημικά στοιχεία που ονομάζονται dopants. Στοιχεία όπως το βόριο, ο φώσφορος ή το αρσενικό βρίσκονται στον περιοδικό πίνακα κοντά στο πυρίτιο και το γερμάνιο. Όταν τα προσκολλητικά εισάγονται σε ένα μεταλλοειδές, το προσκολλητικό είτε παρέχει ένα επιπλέον ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων του μεταλλοειδούς είτε στερεί το μεταλλοειδές ενός από τα ηλεκτρόνια του.
Στο πρακτικό παράδειγμα μιας διόδου, ένα κομμάτι πυριτίου προσβάλλεται με δύο διαφορετικά μέσα προσβολής, όπως το βόριο στη μία πλευρά και το αρσενικό από την άλλη. Το σημείο όπου η πλευρά με προσθήκη βορίου συναντά την πλευρά με προσβολή με αρσενικό ονομάζεται διασταύρωση Ρ-Ν. Για μια δίοδο πυριτίου, η πλευρά με προσθήκη βορίου ονομάζεται «πυρίτιο τύπου Ρ» επειδή η εισαγωγή του βορίου στερεί το πυρίτιο ενός ηλεκτρονίου ή εισάγει μια «οπή» ηλεκτρονίων. Επί από την άλλη πλευρά, το πυρίτιο με προσθήκη αρσενικού ονομάζεται «πυρίτιο τύπου Ν» επειδή προσθέτει ένα ηλεκτρόνιο, το οποίο διευκολύνει τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος όταν εφαρμόζεται τάση στο δίοδος.
Δεδομένου ότι μια δίοδος λειτουργεί ως μονόδρομη βαλβίδα για τη ροή του ηλεκτρικού ρεύματος, πρέπει να υπάρχει ένα διαφορικό τάσης που εφαρμόζεται στα δύο μισά της διόδου και πρέπει να εφαρμόζεται στις σωστές περιοχές. Στην πράξη, αυτό σημαίνει ότι ο θετικός πόλος μιας πηγής ισχύος πρέπει να εφαρμόζεται στο καλώδιο που πηγαίνει στο Υλικό τύπου P, ενώ ο αρνητικός πόλος πρέπει να εφαρμοστεί στο υλικό τύπου Ν για τη διεξαγωγή της διόδου ηλεκτρική ενέργεια. Όταν η ισχύς εφαρμόζεται σωστά σε μια δίοδο και η δίοδος μεταδίδει ηλεκτρικό ρεύμα, η δίοδος λέγεται ότι είναι μεροληπτική προς τα εμπρός. Όταν οι αρνητικοί και θετικοί πόλοι μιας πηγής ισχύος εφαρμόζονται στα υλικά αντίθετης πολικότητας μιας διόδου - θετικός πόλος για Υλικό τύπου Ν και αρνητικό πόλο προς υλικό τύπου Ρ - μια δίοδος δεν αγωγεί ηλεκτρικό ρεύμα, μια κατάσταση γνωστή ως αντίστροφη προκατάληψη.
Η διαφορά μεταξύ Γερμανίου και πυριτίου
Η κύρια διαφορά μεταξύ των διόδων γερμανίου και πυριτίου είναι η τάση στην οποία το ηλεκτρικό ρεύμα αρχίζει να ρέει ελεύθερα κατά μήκος της διόδου. Μια δίοδος γερμανίου αρχίζει συνήθως να εκπέμπει ηλεκτρικό ρεύμα όταν η τάση που εφαρμόζεται σωστά σε όλη τη δίοδο φτάνει τα 0,3 βολτ. Οι δίοδοι πυριτίου απαιτούν περισσότερη τάση για την αγωγή ρεύματος. χρειάζονται 0,7 βολτ για να δημιουργήσουν μια κατάσταση μεροληψίας προς τα εμπρός σε μια δίοδο πυριτίου.
