Charakterystyka diod krzemowych i germanowych

Kiedy myślimy o urządzeniach elektronicznych, często myślimy o tym, jak szybko te urządzenia działają lub jak długo możemy je obsługiwać przed naładowaniem baterii. Większość ludzi nie myśli o tym, z czego wykonane są komponenty ich urządzeń elektronicznych. Choć każde urządzenie różni się konstrukcją, wszystkie te urządzenia łączy jedno – układy elektroniczne z komponentami zawierającymi pierwiastki chemiczne krzem i german.

TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)

Krzem i german to dwa pierwiastki chemiczne zwane metaloidami. Zarówno krzem, jak i german można łączyć z innymi pierwiastkami zwanymi domieszkami, tworząc urządzenia elektroniczne półprzewodnikowe, takie jak diody, tranzystory i ogniwa fotoelektryczne. Podstawową różnicą między diodami krzemowymi i germanowymi jest napięcie potrzebne do włączenia diody (lub jej „przesunięcia do przodu”). Diody krzemowe wymagają 0,7 wolta, aby spolaryzować w kierunku przewodzenia, podczas gdy diody germanowe potrzebują tylko 0,3 wolta, aby spolaryzować w kierunku przewodzenia.

German i krzem to pierwiastki chemiczne zwane metaloidami. Oba elementy są kruche i mają metaliczny połysk. Każdy z tych elementów ma zewnętrzną powłokę elektronową, która zawiera cztery elektrony; ta właściwość krzemu i germanu sprawia, że ​​którykolwiek z pierwiastków w jego najczystszej postaci jest trudnym przewodnikiem elektrycznym. Jednym ze sposobów, aby metaloid swobodnie przewodził prąd elektryczny, jest jego podgrzanie. Dodanie ciepła powoduje, że wolne elektrony w metaloidzie poruszają się szybciej i poruszają się swobodniej, co pozwala na zastosowanie prąd elektryczny do przepływu, jeśli różnica napięcia na metaloidzie wystarczy, aby przeskoczyć do przewodnictwa zespół muzyczny.

Innym sposobem zmiany właściwości elektrycznych germanu i krzemu jest wprowadzenie pierwiastków chemicznych zwanych domieszkami. Pierwiastki takie jak bor, fosfor czy arsen można znaleźć w układzie okresowym w pobliżu krzemu i germanu. Gdy domieszki są wprowadzane do metaloidu, domieszka dostarcza dodatkowy elektron do zewnętrznej powłoki elektronowej metaloidu lub pozbawia metaloid jednego z jego elektronów.

W praktycznym przykładzie diody kawałek krzemu jest domieszkowany dwoma różnymi domieszkami, takimi jak bor z jednej strony i arsen z drugiej. Punkt, w którym strona domieszkowana borem spotyka się ze stroną domieszkowaną arsenem, nazywa się złączem P-N. W przypadku diody krzemowej strona domieszkowana borem nazywana jest „krzemem typu P”, ponieważ wprowadzenie boru pozbawia krzem elektronu lub wprowadza „dziurę” elektronu. Na z drugiej strony, krzem domieszkowany arsenem jest nazywany „krzemem typu N”, ponieważ dodaje elektron, co ułatwia przepływ prądu elektrycznego, gdy napięcie jest przyłożone do dioda.

Ponieważ dioda działa jak zawór jednokierunkowy dla przepływu prądu elektrycznego, do dwóch połówek diody musi być zastosowana różnica napięcia, która musi być zastosowana we właściwych obszarach. W praktyce oznacza to, że dodatni biegun źródła zasilania musi być przyłożony do przewodu prowadzącego do Materiał typu P, podczas gdy biegun ujemny musi być zastosowany do materiału typu N, aby dioda mogła przewodzić Elektryczność. Gdy do diody jest prawidłowo doprowadzone zasilanie, a dioda przewodzi prąd elektryczny, mówi się, że dioda jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia. Gdy bieguny ujemne i dodatnie źródła zasilania zostaną przyłożone do materiałów o przeciwnej biegunowości diody – biegun dodatni do Materiał typu N i biegun ujemny do materiału typu P – dioda nie przewodzi prądu elektrycznego, stan znany jako odwrócenie polaryzacji.

Główną różnicą między diodami germanowymi i krzemowymi jest napięcie, przy którym prąd elektryczny zaczyna swobodnie płynąć przez diodę. Dioda germanowa zwykle zaczyna przewodzić prąd elektryczny, gdy napięcie prawidłowo przyłożone do diody osiągnie 0,3 wolta. Diody krzemowe wymagają większego napięcia do przewodzenia prądu; potrzeba 0,7 wolta, aby stworzyć stan polaryzacji w przód w diodzie krzemowej.