私たちが電子機器について考えるとき、私たちはしばしばこれらの機器がどれだけ速く作動するか、またはバッテリーを再充電する前にどれくらいの時間装置を操作できるかについて考えます。 ほとんどの人が考えていないのは、電子機器のコンポーネントが何でできているかです。 各デバイスの構造は異なりますが、これらのデバイスにはすべて共通点が1つあります。それは、シリコンとゲルマニウムの化学元素を含むコンポーネントを備えた電子回路です。
TL; DR（長すぎる; 読んでいない）
シリコンとゲルマニウムは、メタロイドと呼ばれる2つの化学元素です。 シリコンとゲルマニウムの両方をドーパントと呼ばれる他の元素と組み合わせて、ダイオード、トランジスタ、太陽電池などのソリッドステート電子デバイスを作成できます。 シリコンダイオードとゲルマニウムダイオードの主な違いは、ダイオードがオンになる（または「順方向バイアス」になる）ために必要な電圧です。 シリコンダイオードは順方向にバイアスされるのに0.7ボルトを必要としますが、ゲルマニウムダイオードは順方向にバイアスされるのに0.3ボルトしか必要としません。
メタロイドに電流を流す方法
ゲルマニウムとシリコンはメタロイドと呼ばれる化学元素です。 どちらの要素ももろく、金属光沢があります。 これらの各要素には、4つの電子を含む外側の電子殻があります。 シリコンとゲルマニウムのこの特性により、最も純粋な形のどちらの元素も優れた導電体になることが困難になります。 メタロイドに電流を自由に伝導させる1つの方法は、メタロイドを加熱することです。 熱を加えると、メタロイド内の自由電子がより速く移動し、より自由に移動し、適用できるようになります メタロイドの両端の電圧の差が伝導に飛び込むのに十分な場合に流れる電流 バンド。
シリコンとゲルマニウムへのドーパントの紹介
ゲルマニウムとシリコンの電気的特性を変える別の方法は、ドーパントと呼ばれる化学元素を導入することです。 ホウ素、リン、ヒ素などの元素は、シリコンとゲルマニウムの近くの周期表にあります。 ドーパントがメタロイドに導入されると、ドーパントはメタロイドの外側の電子殻に余分な電子を提供するか、メタロイドからその電子の1つを奪います。
ダイオードの実際の例では、シリコン片に、片側にホウ素、反対側にヒ素などの2つの異なるドーパントがドープされています。 ホウ素をドープした側とヒ素をドープした側が出会う点をP-N接合と呼びます。 シリコンダイオードの場合、ホウ素を導入するとシリコンから電子が奪われるか、電子の「正孔」が導入されるため、ホウ素がドープされた側は「P型シリコン」と呼ばれます。 オン 一方、ヒ素をドープしたシリコンは、電子を付加することで「N型シリコン」と呼ばれ、電圧を印加したときに電流が流れやすくなります。 ダイオード。
ダイオードは電流を流すための一方向弁として機能するため、ダイオードの2つの半分に電圧差を印加し、正しい領域に印加する必要があります。 実際には、これは、電源の正極を、 P型材料、ダイオードが導通するにはN型材料に負極を適用する必要があります 電気。 ダイオードに適切に電力が供給され、ダイオードが電流を流している場合、ダイオードは順方向にバイアスされていると言われます。 電源の負極と正極がダイオードの反対の極性の材料に適用される場合–正極から N型材料と負極からP型材料–ダイオードは電流を伝導しません。これは逆バイアスと呼ばれる状態です。
ゲルマニウムとシリコンの違い
ゲルマニウムダイオードとシリコンダイオードの主な違いは、電流がダイオードを自由に流れ始める電圧です。 ゲルマニウムダイオードは通常、ダイオードに適切に印加された電圧が0.3ボルトに達すると電流を流し始めます。 シリコンダイオードは、電流を流すためにより多くの電圧を必要とします。 シリコンダイオードに順方向バイアスの状況を作り出すには、0.7ボルトかかります。