Når vi tenker på elektroniske enheter, tenker vi ofte på hvor raskt disse enhetene fungerer, eller hvor lenge vi kan betjene enheten før vi lader batteriet. Det folk ikke tenker på, er hva komponentene i deres elektroniske enheter er laget av. Mens hver enhet er forskjellig i sin konstruksjon, har disse enhetene en ting til felles - elektroniske kretser med komponenter som inneholder de kjemiske elementene silisium og germanium.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Silisium og germanium er to kjemiske elementer som kalles metalloider. Både silisium og germanium kan kombineres med andre elementer som kalles dopanter for å skape solid state elektroniske enheter, som dioder, transistorer og fotoelektriske celler. Den primære forskjellen mellom silisium- og germaniumdioder er spenningen som er nødvendig for at dioden skal slå seg på (eller bli "forspent"). Silisiumdioder krever 0,7 volt for å bli forspent, mens germaniumdioder bare krever 0,3 volt for å bli forspent.
Hvordan forårsake metalloider til å lede elektriske strømmer
Germanium og silisium er kjemiske elementer som kalles metalloider. Begge elementene er sprø og har en metallisk glans. Hvert av disse elementene har et ytre elektronskall som inneholder fire elektroner; denne egenskapen til silisium og germanium gjør det vanskelig for begge elementene i sin reneste form å være en god elektrisk leder. En måte å få en metalloid til å lede elektrisk strøm fritt er å varme den opp. Tilsetning av varme får de frie elektronene i en metalloid til å bevege seg raskere og bevege seg mer fritt, slik at de påføres elektrisk strøm til å strømme hvis spenningsforskjellen over metalloid er nok til å hoppe inn i ledningen bånd.
Vi presenterer Dopants for Silicon og Germanium
En annen måte å endre de elektriske egenskapene til germanium og silisium er å innføre kjemiske elementer som kalles dopemidler. Elementer som bor, fosfor eller arsen kan finnes på det periodiske systemet nær silisium og germanium. Når dopanter introduseres i en metalloid, gir dopanten enten et ekstra elektron til det ytre elektronskallet til metalloid eller fratar metalloidet en av dets elektroner.
I det praktiske eksemplet på en diode dopes et stykke silisium med to forskjellige dopemidler, som bor på den ene siden og arsen på den andre. Poenget der den boredopede siden møter den arsenedopede siden kalles et P-N-kryss. For en silisiumdiode kalles den boredopede siden "P-type silisium" fordi innføringen av bor frarøver silisiumet til et elektron eller introduserer et elektron "hull". På den andre siden kalles arsen-dopet silisium "N-type silisium" fordi det tilfører et elektron, noe som gjør det lettere for elektrisk strøm å strømme når spenning påføres diode.
Siden en diode fungerer som en enveisventil for strømmen av elektrisk strøm, må det være en spenningsforskjell påført de to halvdelene av dioden, og den må påføres i de riktige områdene. I praksis betyr dette at den positive polen til en strømkilde må påføres ledningen som går til P-type materiale, mens den negative polen må påføres N-type materiale for at dioden skal lede elektrisitet. Når strøm tilføres en diode, og dioden leder elektrisk strøm, sies det at dioden er forspent. Når de negative og positive polene til en strømkilde påføres motsatt polaritetsmaterialer til en diode - positiv pol til N-type materiale og negativ pol til P-type materiale - en diode leder ikke elektrisk strøm, en tilstand som kalles revers-bias.
Forskjellen mellom Germanium og Silicon
Hovedforskjellen mellom germanium- og silisiumdioder er spenningen der elektrisk strøm begynner å strømme fritt over dioden. En germaniumdiode begynner vanligvis å lede elektrisk strøm når spenningen som påføres riktig over dioden når 0,3 volt. Silisiumdioder krever mer spenning for å lede strøm; det tar 0,7 volt å skape en forspent situasjon i en silisiumdiode.