Kun ajattelemme elektronisia laitteita, ajattelemme usein kuinka nopeasti nämä laitteet toimivat tai kuinka kauan voimme käyttää laitetta ennen akun lataamista. Useimmat ihmiset eivät ajattele sitä, mistä heidän elektronisten laitteidensa komponentit on valmistettu. Vaikka jokainen laite eroaa rakenteeltaan, näillä laitteilla on yksi yhteinen piirre - elektroniset piirit, joissa on komponentteja, jotka sisältävät piitä ja germaniumia sisältäviä kemiallisia alkuaineita.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Pii ja germanium ovat kaksi kemiallista elementtiä, joita kutsutaan metalloideiksi. Sekä pii että germaanium voidaan yhdistää muihin lisäaineiksi kutsuttuihin alkuaineisiin kiinteän tilan elektronisten laitteiden, kuten diodien, transistoreiden ja valosähköisten solujen, luomiseksi. Ensisijainen ero pii- ja germaniumdiodien välillä on jännite, joka tarvitaan diodin käynnistymiseen (tai "eteenpäin suuntautuvaan" suuntaan). Piidiodit vaativat 0,7 volttia eteenpäin suuntautuviksi, kun taas germaaniumdiodit vaativat vain 0,3 volttia eteenpäin.
Kuinka saada metalloidit johtamaan sähkövirtoja
Germanium ja pii ovat kemiallisia alkuaineita, joita kutsutaan metalloideiksi. Molemmat elementit ovat hauraita ja niissä on metallinen kiilto. Jokaisella näistä elementeistä on ulompi elektronikuori, joka sisältää neljä elektronia; tämä piin ja germaniumin ominaisuus vaikeuttaa kummankin puhtaimmassa muodossa olevan elementin olevan hyvä sähköjohdin. Yksi tapa saada metalloidi johtamaan sähkövirtaa vapaasti on lämmittää se. Lämmön lisääminen saa metalloidin vapaat elektronit liikkumaan nopeammin ja liikkumaan vapaammin sallien levityksen sähkövirta virtaamaan, jos jännite-ero metalloidin yli riittää hyppäämään johtokykyyn yhtye.
Dopanttien esittely piille ja germaaniumille
Toinen tapa muuttaa germaniumin ja piin sähköisiä ominaisuuksia on lisätä kemiallisia alkuaineita, joita kutsutaan lisäaineiksi. Elementit, kuten boori, fosfori tai arseeni, löytyvät jaksottaisesta taulukosta lähellä piitä ja germaniumia. Kun lisäaineita lisätään metalloidiin, seos joko antaa ylimääräisen elektronin metalloidin ulommalle elektronikuorelle tai riistää metalloidin yhdestä sen elektronista.
Diodin käytännön esimerkissä piikappale seostetaan kahdella eri lisäaineella, kuten boori toisella puolella ja arseeni toisella puolella. Pistettä, jossa boorilla seostettu puoli kohtaa arseenilla seostetun puolen, kutsutaan P-N-liitokseksi. Piin diodille boorilla seostettua puolta kutsutaan "P-tyyppiseksi piiksi", koska boorin lisääminen vie piiltä elektronin tai tuo elektronin "reiän". Päällä toisella puolella arseenilla seostettua piitä kutsutaan "N-tyyppiseksi piiksi", koska se lisää elektronin, mikä helpottaa sähkövirran kulkemista, kun jännitettä käytetään diodi.
Koska diodi toimii yksisuuntaisena venttiilinä sähkövirran virtaukselle, diodin kahteen puoliskoon on kohdistettava jännite-ero ja sitä on käytettävä oikeilla alueilla. Käytännössä tämä tarkoittaa, että virtalähteen positiivinen napa on kohdistettava johdolle, joka menee P-tyyppinen materiaali, kun taas negatiivinen napa on kohdistettava N-tyyppiseen materiaaliin diodin johtamiseksi sähköä. Kun diodille syötetään tehoa oikein ja diodi johtaa sähkövirtaa, diodin sanotaan olevan esijännitetty. Kun virtalähteen negatiivinen ja positiivinen napa kohdistetaan diodin vastapolariteettimateriaaleihin - positiivinen napa kohtaan N-tyyppinen materiaali ja negatiivinen napa P-tyyppiseen materiaaliin - diodi ei johda sähkövirtaa, mikä tunnetaan käänteisenä esijännitteenä.
Ero Germaniumin ja Piin välillä
Suurin ero germanium- ja piidiodien välillä on jännite, jolla sähkövirta alkaa virrata vapaasti diodin poikki. Germaaniumdiodi alkaa tyypillisesti johtaa sähkövirtaa, kun diodin yli oikein kohdistettu jännite saavuttaa 0,3 volttia. Piidiodit vaativat enemmän jännitettä virran johtamiseksi; piidiodin eteenpäin suuntautuvan tilanteen luominen kestää 0,7 volttia.