Когда мы думаем об электронных устройствах, мы часто думаем о том, насколько быстро эти устройства работают или как долго мы можем работать с устройством, прежде чем подзарядить аккумулятор. Большинство людей не задумывается о том, из чего сделаны компоненты их электронных устройств. Хотя каждое устройство отличается по своей конструкции, все они имеют одну общую черту - электронные схемы с компонентами, которые содержат химические элементы кремний и германий.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Кремний и германий - два химических элемента, называемых металлоидами. И кремний, и германий можно комбинировать с другими элементами, называемыми легирующими добавками, для создания твердотельных электронных устройств, таких как диоды, транзисторы и фотоэлементы. Основное различие между кремниевыми и германиевыми диодами - это напряжение, необходимое для того, чтобы диод включился (или стал «смещенным в прямом направлении»). Кремниевым диодам требуется 0,7 В для смещения в прямом направлении, тогда как германиевым диодам требуется всего 0,3 В для смещения в прямом направлении.
Как заставить металлоиды проводить электрический ток
Германий и кремний - химические элементы, называемые металлоидами. Оба элемента хрупкие и имеют металлический блеск. Каждый из этих элементов имеет внешнюю электронную оболочку, содержащую четыре электрона; это свойство кремния и германия мешает любому элементу в чистом виде быть хорошим проводником. Один из способов заставить металлоид свободно проводить электрический ток - это нагреть его. Добавление тепла заставляет свободные электроны в металлоиде двигаться быстрее и двигаться более свободно, что позволяет применять электрический ток течет, если разница в напряжении на металлоиде достаточна для перехода в проводимость группа.
Введение добавок в кремний и германий
Другой способ изменить электрические свойства германия и кремния - ввести химические элементы, называемые легирующими добавками. Такие элементы, как бор, фосфор или мышьяк, можно найти в периодической таблице рядом с кремнием и германием. Когда присадки вводятся в металлоид, она либо обеспечивает дополнительный электрон внешней электронной оболочке металлоида, либо лишает металлоид одного из его электронов.
В практическом примере диода кусок кремния легирован двумя разными легирующими добавками, такими как бор с одной стороны и мышьяк с другой. Точка, где сторона, легированная бором, встречается со стороной, легированной мышьяком, называется P-N переходом. Для кремниевого диода сторона, легированная бором, называется «кремнием P-типа», потому что введение бора лишает кремний электрона или вводит электронную «дырку». На С другой стороны, кремний, легированный мышьяком, называется «кремнием N-типа», потому что он добавляет электрон, что облегчает прохождение электрического тока при приложении напряжения к диод.
Поскольку диод действует как односторонний клапан для протекания электрического тока, на две половины диода должен быть приложен перепад напряжения, и он должен применяться в правильных областях. На практике это означает, что положительный полюс источника питания должен быть приложен к проводу, идущему к Материал P-типа, в то время как отрицательный полюс должен быть приложен к материалу N-типа, чтобы диод проводил электричество. Когда питание подается правильно на диод, и диод проводит электрический ток, говорят, что диод смещен в прямом направлении. Когда отрицательный и положительный полюса источника питания прикладываются к материалам противоположной полярности диода - положительный полюс к Материал N-типа и отрицательный полюс к материалу P-типа - диод не проводит электрический ток, это состояние известно как обратное смещение.
Разница между германием и кремнием
Основное различие между германиевыми и кремниевыми диодами - это напряжение, при котором электрический ток начинает свободно течь через диод. Германиевый диод обычно начинает проводить электрический ток, когда напряжение, должным образом приложенное к диоду, достигает 0,3 вольт. Кремниевым диодам требуется большее напряжение для проведения тока; для создания прямого смещения в кремниевом диоде требуется 0,7 вольт.