Domājot par elektroniskām ierīcēm, mēs bieži domājam par to, cik ātri šīs ierīces darbojas vai cik ilgi mēs varam darboties ar ierīci, pirms uzlādēt akumulatoru. Lielākā daļa cilvēku nedomā par to, no kā sastāv viņu elektronisko ierīču sastāvdaļas. Kaut arī katra ierīce atšķiras pēc uzbūves, visām šīm ierīcēm ir viena kopīga iezīme - elektroniskās shēmas ar komponentiem, kas satur ķīmiskos elementus silīciju un germāniju.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Silīcijs un germānijs ir divi ķīmiskie elementi, kurus sauc par metaloīdiem. Gan silīciju, gan germāniju var kombinēt ar citiem elementiem, ko sauc par piedevām, lai izveidotu cietvielu elektroniskās ierīces, piemēram, diodes, tranzistorus un fotoelementus. Primārā atšķirība starp silīcija un germānija diodēm ir spriegums, kas nepieciešams, lai diode ieslēgtos (vai kļūtu “neobjektīva”). Silīcija diodēm ir jābūt 0,7 voltiem, lai tās būtu novirzītas uz priekšu, turpretim germānija diodēm ir jābūt tikai 0,3 voltiem, lai tām būtu tendence uz priekšu.
Kā izraisīt metaloīdus elektrisko strāvu vadīšanai
Ģermānija un silīcijs ir ķīmiski elementi, ko sauc par metaloīdiem. Abi elementi ir trausli un ar metāla spīdumu. Katram no šiem elementiem ir ārējais elektronu apvalks, kas satur četrus elektronus; šī silīcija un germānija īpašība apgrūtina to, ka jebkurš elements tīrā veidā ir labs elektrības vadītājs. Viens no veidiem, kā likt metaloidam brīvi vadīt elektrisko strāvu, ir tā uzsildīšana. Pievienojot siltumu, metaloīda brīvie elektroni liek ātrāk pārvietoties un pārvietoties brīvāk, ļaujot to pielietot elektriskā strāva plūst, ja sprieguma starpība pāri metaloīdam ir pietiekama, lai ielēktu vadītspējā grupa.
Iepazīstinām ar Dopantu silīciju un germāniju
Vēl viens veids, kā mainīt germānija un silīcija elektriskās īpašības, ir ieviest ķīmiskos elementus, ko sauc par dopantiem. Tādi elementi kā bors, fosfors vai arsēns ir atrodami periodiskajā tabulā netālu no silīcija un germānija. Kad metaloīdā tiek ievadīti dopanti, dopants vai nu nodrošina papildu elektronu metaloīda ārējam elektronu apvalkam, vai atņem metaloidam vienu no tā elektroniem.
Diodes praktiskajā piemērā silīcija gabalam tiek pievienoti divi dažādi piedevas, piemēram, bors vienā pusē un arsēns otrā pusē. Vietu, kur bora piedevu puse saskaras ar arsēnu piedevu, sauc par P-N krustojumu. Attiecībā uz silīcija diode bora leģēto pusi sauc par “P veida silīciju”, jo bora ievadīšana atņem elektronam silīciju vai ievada elektrona “caurumu”. Ieslēgts otru pusi ar silīcija silīciju ar arsēna piedevu sauc par “N-veida silīciju”, jo tas pievieno elektronu, kas atvieglo elektriskās strāvas plūsmu, kad spriegumam tiek piemērots diode.
Tā kā diode darbojas kā vienvirziena vārsts elektriskās strāvas plūsmai, divām spuldžu pusēm jāpieliek sprieguma starpība, un tā jāpielieto pareizajos reģionos. Praktiski tas nozīmē, ka strāvas avota pozitīvais pols jāpieliek vadam, kas iet uz P veida materiāls, savukārt negatīvais pols jāpieliek N veida materiālam, lai diode vadītu elektrība. Ja diodei tiek pareizi pievienota jauda un ja diode vada elektrisko strāvu, tiek teikts, ka diode ir novirzīta uz priekšu. Kad strāvas avota negatīvais un pozitīvais pols tiek piemērots diodes pretējās polaritātes materiāliem - pozitīvs pols uz N-veida materiāls un negatīvs pols pret P-veida materiālu - diode nevada elektrisko strāvu, stāvokli, kas pazīstams kā apgrieztā slīpums.
Starpība starp ģermāniju un silīciju
Galvenā atšķirība starp germānija un silīcija diodēm ir spriegums, pie kura elektriskā strāva sāk brīvi plūst pa diode. Ģermānija diode parasti sāk vadīt elektrisko strāvu, kad diodei pareizi piemērots spriegums sasniedz 0,3 voltus. Silīcija diodēm strāvas vadīšanai nepieciešams lielāks spriegums; silīcija diode, lai radītu tendenci uz priekšu, prasa 0,7 voltus.