Când ne gândim la dispozitive electronice, ne gândim adesea la cât de repede funcționează aceste dispozitive sau cât timp putem folosi dispozitivul înainte de a reîncărca bateria. Ceea ce majoritatea oamenilor nu gândesc este din ce sunt făcute componentele dispozitivelor lor electronice. Deși fiecare dispozitiv diferă prin construcția sa, aceste dispozitive au toate un lucru în comun - circuite electronice cu componente care conțin elemente chimice siliciu și germaniu.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
Siliciul și germaniul sunt două elemente chimice numite metaloizi. Atât siliciu, cât și germaniu pot fi combinate cu alte elemente numite dopanți pentru a crea dispozitive electronice în stare solidă, cum ar fi diode, tranzistoare și celule fotoelectrice. Diferența principală între diodele de siliciu și germaniu este tensiunea necesară pentru ca dioda să se aprindă (sau să devină „orientată înainte”). Diodele de siliciu necesită 0,7 volți pentru a deveni polarizate înainte, în timp ce diodele de germaniu necesită doar 0,3 volți pentru a deveni polarizate înainte.
Cum să cauzezi metaloizii să conducă curenți electrici
Germaniul și siliciul sunt elemente chimice numite metaloizi. Ambele elemente sunt fragile și au un luciu metalic. Fiecare dintre aceste elemente are o carcasă exterioară de electroni care conține patru electroni; această proprietate a siliciului și a germaniei face dificilă ca fiecare element în forma sa cea mai pură să fie un bun conductor electric. O modalitate de a determina un metaloid să conducă liber curentul electric este încălzirea acestuia. Adăugarea căldurii face ca electronii liberi dintr-un metaloid să se miște mai repede și să călătorească mai liber, permițând aplicarea curentul electric să curgă dacă diferența de tensiune peste metaloid este suficientă pentru a sări în conductă grup.
Introducerea dopanților în siliciu și germaniu
O altă modalitate de a schimba proprietățile electrice ale germaniului și siliciului este introducerea elementelor chimice numite dopanți. Elemente precum borul, fosforul sau arsenicul pot fi găsite pe tabelul periodic lângă siliciu și germaniu. Când dopanții sunt introduși într-un metaloid, dopantul fie furnizează un electron suplimentar învelișului exterior al electronului metaloidului, fie îl privește pe metaloid de unul dintre electronii săi.
În exemplul practic al unei diode, o bucată de siliciu este dopată cu doi dopanți diferiți, cum ar fi borul pe o parte și arsenicul pe cealaltă. Punctul în care partea dopată cu bor se întâlnește cu partea dopată cu arsenic se numește joncțiune P-N. Pentru o diodă de siliciu, latura dopată cu bor se numește „siliciu de tip P”, deoarece introducerea borului privește siliciul unui electron sau introduce o „gaură” de electroni. Pe cealaltă parte, siliciu dopat cu arsenic se numește „siliciu de tip N”, deoarece adaugă un electron, ceea ce face mai ușor fluxul curentului electric atunci când tensiunea este aplicată la diodă.
Deoarece o diodă acționează ca o supapă unidirecțională pentru curgerea curentului electric, trebuie să existe o diferențială de tensiune aplicată celor două jumătăți ale diodei și trebuie aplicată în regiunile corecte. În termeni practici, aceasta înseamnă că polul pozitiv al unei surse de energie trebuie aplicat firului care merge la Material de tip P, în timp ce polul negativ trebuie aplicat materialului de tip N pentru ca dioda să poată fi condusă electricitate. Când puterea este aplicată corect unei diode și dioda conduce curent electric, se spune că dioda este polarizată înainte. Când polii negativi și pozitivi ai unei surse de energie sunt aplicați materialelor cu polaritate opusă ale unei diode - pol pozitiv la Material de tip N și pol negativ la material de tip P - o diodă nu conduce curent electric, o condiție cunoscută sub numele de polarizare inversă.
Diferența dintre germaniu și siliciu
Principala diferență între diodele de germaniu și siliciu este tensiunea la care curentul electric începe să curgă liber peste diodă. O diodă de germaniu începe de obicei să conducă curent electric atunci când tensiunea aplicată corect pe diodă ajunge la 0,3 volți. Diodele de siliciu necesită mai multă tensiune pentru a conduce curentul; este nevoie de 0,7 volți pentru a crea o situație de polarizare directă într-o diodă de siliciu.