Galvodami apie elektroninius prietaisus, dažnai pagalvojame apie tai, kaip greitai šie prietaisai veikia arba kiek laiko galime naudoti prietaisą prieš įkraukdami akumuliatorių. Daugelis žmonių negalvoja apie tai, iš ko yra sudaryti jų elektroninių prietaisų komponentai. Nors kiekvienas prietaisas skiriasi savo konstrukcija, visi šie prietaisai turi vieną bendrą bruožą - elektronines grandines su komponentais, kuriuose yra silicio ir germanio cheminių elementų.
TL; DR (per ilgai; Neskaiciau)
Silicis ir germanis yra du cheminiai elementai, vadinami metaloidais. Tiek silicį, tiek germanį galima derinti su kitais elementais, vadinamais priedais, kad būtų sukurti kietojo kūno elektroniniai prietaisai, tokie kaip diodai, tranzistoriai ir fotoelementai. Pagrindinis skirtumas tarp silicio ir germanio diodų yra įtampa, reikalinga, kad diodas įsijungtų (arba taptų „į priekį nukreiptas“). Silicio diodams reikia 0,7 voltų, kad jie būtų nukreipti į priekį, o germanio diodams - tik 0,3 voltų.
Kaip sukelti metaloidų laidumą elektros srovėms
Germanis ir silicis yra cheminiai elementai, vadinami metaloidais. Abu elementai yra trapūs ir turi metalinį blizgesį. Kiekvienas iš šių elementų turi išorinį elektronų apvalkalą, kuriame yra keturi elektronai; dėl šios silicio ir germanio savybės bet kuriam gryniausios formos elementui sunku būti geru elektros laidininku. Vienas iš būdų priversti metaloidą laisvai praleisti elektros srovę yra jo pašildymas. Pridėjus šilumos, metaloide esantys laisvieji elektronai greičiau juda ir laisviau keliauja, leisdami juos pritaikyti elektros srovė tekėti, jei įtampos skirtumo per metaloidą pakanka įšokti į laidumą juosta.
Dopantų pristatymas siliciui ir germaniui
Kitas būdas pakeisti elektrines germanio ir silicio savybes yra įvesti cheminius elementus, vadinamus priedais. Tokių elementų kaip boras, fosforas ar arsenas, periodinėje lentelėje galima rasti šalia silicio ir germanio. Kai į metaloidą įleidžiami leistini priedai, jis suteikia papildomą elektroną į išorinį metaloido apvalkalą arba atima metaloidą iš vieno jo elektrono.
Praktiniame diodo pavyzdyje silicio gabalas yra užpilamas dviem skirtingais priedais, tokiais kaip boras vienoje pusėje ir arsenas kitoje. Taškas, kuriame boru legiruota pusė susitinka su arsenu legiruota puse, vadinama P-N sankryža. Silicio diodui boru legiruota pusė vadinama „P tipo siliciu“, nes įvedus borą, silicis atimamas iš elektrono arba įvedama elektrono „skylė“. Įjungta kitoje pusėje arsenu legiruotas silicis vadinamas „N tipo siliciu“, nes jis prideda elektroną, kuris palengvina elektros srovės tekėjimą, kai įtampa diodas.
Kadangi diodas veikia kaip vienkryptis vožtuvas elektros srovės srautui, dviejoms diodo pusėms turi būti taikomas įtampos skirtumas ir jis turi būti naudojamas tinkamose vietose. Praktiškai tai reiškia, kad maitinimo šaltinio teigiamas polius turi būti pritaikytas laidui, einančiam į P tipo medžiaga, tuo tarpu neigiamas polius turi būti pritaikytas N tipo medžiagai, kad diodas galėtų veikti elektros. Kai diodui tinkamai maitinama ir diodas praleidžia elektros srovę, sakoma, kad diodas yra į priekį nukreiptas. Kai neigiamas ir teigiamas energijos šaltinio polius pritaikys priešingos diodo poliškumo medžiagoms - teigiamas polius į N tipo medžiaga ir neigiamas polius P tipo medžiagai - diodas neveda elektros srovės, ši būklė vadinama atvirkštiniu poslinkiu.
Germanio ir silicio skirtumas
Pagrindinis skirtumas tarp germanio ir silicio diodų yra įtampa, kai elektros srovė pradeda laisvai tekėti diodu. Gerbio diodas paprastai pradeda tekėti elektros srovę, kai tinkamai diodui paduodama įtampa siekia 0,3 voltus. Silicio diodams reikalinga didesnė įtampa srovei praleisti; reikia 0,7 voltų, kad silicio diodas susidarytų į priekį.
