ნახევარგამტარების უპირატესობები

ნახევარგამტარები არის ნივთიერებები, რომლებსაც აქვთ მათი ელექტროგამტარობა კარგ კონდუქტორებსა და იზოლატორებს შორის. ნახევარგამტარებს, ყოველგვარი მინარევების გარეშე, შინაგან ნახევარგამტარებს უწოდებენ. გერმანიუმი და სილიციუმი ყველაზე ხშირად გამოიყენება შინაგანი ნახევარგამტარები. Ge (ატომური ნომერი 32) და სილიციუმი (ატომური ნომერი 14) პერიოდული ცხრილის მეოთხე ჯგუფს მიეკუთვნება და ისინი ტეტრავალენტურია.

აბსოლუტურ ნულთან ახლოს ტემპერატურაზე სუფთა Ge და Si სრულყოფილ იზოლატორებად იქცევიან. მაგრამ მათი გამტარობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. Ge- სთვის ელექტრონის სავალდებულო ენერგია კოვალენტურ კავშირში არის 0,7 eV. თუ ეს ენერგია მიეწოდება სითბოს სახით, ზოგიერთი ბმა გატეხილია და ელექტრონები თავისუფლდება.

ჩვეულებრივ ტემპერატურაზე, ზოგიერთი ელექტრონი თავისუფლდება Ge ან Si ბროლის ატომებისაგან და ისინი ბროლში იხეტიალებენ. ადრე დაკავებულ ადგილას ელექტრონის არარსებობა გულისხმობს დადებით მუხტს ამ ადგილზე. ამბობენ, რომ "ხვრელი" შეიქმნება იმ ადგილას, სადაც ელექტრონი გათავისუფლდება. (ვაკანტური) ხვრელი დადებითი მუხტის ტოლფასია და მას აქვს ელექტრონის მიღების ტენდენცია.

როდესაც ელექტრონი ხვრელში გადადის, წარმოიქმნება ახალი ხვრელი იმ ადგილას, სადაც ადრე იყო ელექტრონი. ელექტრონების მოძრაობა ერთი მიმართულებით უდრის საპირისპირო მიმართულებით ხვრელების მოძრაობას. ამრიგად, შინაგან ნახევარგამტარებში ერთდროულად წარმოიქმნება ხვრელები და ელექტრონები და ორივე მოქმედებს როგორც მუხტის მატარებლები.

არსებობს გარეგანი ნახევარგამტარების ორი ტიპი: n ტიპის და p ტიპის.

n ტიპის ნახევარგამტარი: ისეთი ელემენტები, როგორიცაა დარიშხანი (As), სტიბიუმი (Sb) და ფოსფორი (P), არის ხუთხუთიანი, ხოლო Ge და Si ტეტრავალენტური. თუ Ge ან Si კრისტალს მცირე რაოდენობით ანტიმონი დაემატა, როგორც უწმინდურება, მაშინ მისი ხუთი ვალენტიანი ელექტრონიდან ოთხი კოვალენტურ კავშირს შექმნის მეზობელ Ge ატომებთან. მაგრამ სტიბიუმის მეხუთე ელექტრონი ხდება თითქმის თავისუფალი კრისტალში გადაადგილებისთვის.

თუ პოტენციური ძაბვა გამოყენებულია დოპინგ Ge- კრისტალზე, თავისუფალი ელექტრონები დოპინგ Ge- ში გადავა პოზიტიური ტერმინალისკენ და იზრდება გამტარობა. ვინაიდან უარყოფითად დამუხტული თავისუფალი ელექტრონები ზრდის დოპინგებული Ge ბროლის გამტარობას, მას n ტიპის ნახევარგამტარს უწოდებენ.

p ტიპის ნახევარგამტარი: თუ ტრივალენტური უწმინდურება, როგორიცაა ინდიუმი, ალუმინს ან ბორს (სამი ვალენტური ელექტრონის მქონე) ემატება ძალიან მცირე პროპორცია წარმოადგენს ტეტრავალენტურ Ge ან Si– ს, მაშინ სამი კოვალენტური ბმა იქმნება სამი Ge ატომით. მაგრამ Ge- ს მეოთხე ვალენტური ელექტრონი ვერ ქმნის კოვალენტურ კავშირს ინდიუმთან, რადგან ელექტრონი არ არის დარჩენილი დასაწყვილებლად.

ელექტრონის არარსებობა ან დეფიციტი ხვრელს ეწოდება. თითოეული ხვრელი განიხილება, როგორც პოზიტიური მუხტის რეგიონი ამ ეტაპზე. რადგან ინდოუმთან დოპინგის მქონე Ge– ს კონდუქტომეტრული ხვრელებია, მას p ტიპის ნახევარგამტარს უწოდებენ.

ამრიგად, n ტიპის და p ტიპის ნახევარგამტარების ორი ტიპია და მათი გამოყენება შემდეგნაირად აიხსნება: P ტიპის ნახევარგამტარი და n ტიპის ნახევარგამტარი გაერთიანებულია და საერთო ინტერფეისს ეწოდება p-n კვანძი დიოდი.

P-n შეერთების დიოდი გამოიყენება ელექტრონულ წრეებში გამსწორებლად. ტრანზისტორი არის სამი ტერმინალური ნახევარგამტარული მოწყობილობა, რომელიც მზადდება n ტიპის მასალის თხელი ნაჭრის სენდვიჩით p- ტიპის მასალის ორი დიდი ნაწილი, ან p- ტიპის ნახევარგამტარის თხელი ნაჭერი n- ტიპის ორ უფრო დიდ ნაჭერს შორის ნახევარგამტარი. ამრიგად, არსებობს ტრანზისტორების ორი ტიპი: p-n-p და n-p-n. ტრანზისტორი გამოიყენება როგორც გამაძლიერებელი ელექტრონულ სქემებში.

ნახევარგამტარული დიოდისა და ვაკუუმის შედარება უფრო ნათელ შეხედულებას მისცემს ნახევარგამტარების უპირატესობებს.

• ვაკუუმური დიოდებისგან განსხვავებით, ნახევარგამტარული მოწყობილობებში არ არსებობს ძაფები. ამრიგად, ნახევარგამტარში ელექტრონების გამოსხივებისთვის არ არის საჭირო გათბობა.
• ნახევარგამტარული მოწყობილობების მართვა შესაძლებელია წრიული მოწყობილობის ჩართვისთანავე.
• ვაკუუმური დიოდებისგან განსხვავებით, მუშაობის დროს ნახევარგამტარები არ წარმოქმნიან დასამშვიდებელ ხმას.
• ვაკუუმის მილებთან შედარებით, ნახევარგამტარ მოწყობილობებს ყოველთვის სჭირდებათ დაბალი საექსპლუატაციო ძაბვა.
• იმის გამო, რომ ნახევარგამტარები მცირე ზომისაა, მათში ჩართული სქემებიც ძალიან კომპაქტურია.
• ვაკუუმის მილებისგან განსხვავებით, ნახევარგამტარები არიან შოკისგან დამცავი. უფრო მეტიც, ისინი უფრო მცირე ზომის არიან და ნაკლებ ადგილს იკავებენ და ნაკლებ ენერგიას ხარჯავენ.
• ვაკუუმის მილებთან შედარებით, ნახევარგამტარები ძალიან მგრძნობიარეა ტემპერატურისა და გამოსხივების მიმართ.
• ნახევარგამტარები იაფია ვიდრე ვაკუუმური დიოდები და აქვთ შეუზღუდავი შენახვის ვადა.
• ნახევარგამტარული მოწყობილობები არ საჭიროებს ვაკუუმს მუშაობისთვის.

მოკლედ, ნახევარგამტარული მოწყობილობების უპირატესობები ბევრად აღემატება ვაკუუმური მილების უპირატესობებს. ნახევარგამტარული მასალის გაჩენისთანავე შესაძლებელი გახდა მცირე დახვეწილი, გამძლე და თავსებადი ელექტრონული მოწყობილობების შემუშავება.

ნახევარგამტარული ყველაზე გავრცელებული მოწყობილობაა ტრანზისტორი, რომელიც გამოიყენება ლოგიკური კარიბჭეებისა და ციფრული წრეების წარმოებისთვის. ნახევარგამტარული მოწყობილობების გამოყენება ასევე ვრცელდება ანალოგურ სქემებზე, რომლებიც გამოიყენება ოსცილატორებში და გამაძლიერებლებში.

ნახევარგამტარული მოწყობილობები ასევე გამოიყენება ინტეგრირებულ სქემებში, რომლებიც მუშაობენ ძალიან მაღალი ძაბვის და დენის დროს. ნახევარგამტარული მოწყობილობების გამოყენება ასევე ჩანს ყოველდღიურ ცხოვრებაში. მაგალითად, ჩქაროსნული კომპიუტერის ჩიპები მზადდება ნახევარგამტარებისგან. ტელეფონები, სამედიცინო აღჭურვილობა და რობოტები ასევე იყენებენ ნახევარგამტარული მასალებს.