Keď uvažujeme o elektronických zariadeniach, často si pred nabitím batérie myslíme na to, ako rýchlo tieto zariadenia fungujú alebo ako dlho ich dokážeme ovládať. Väčšina ľudí nemyslí na to, z čoho sú vyrobené komponenty ich elektronických zariadení. Aj keď sa každé zariadenie líši svojou konštrukciou, všetky majú jedno spoločné - elektronické obvody so súčasťami, ktoré obsahujú chemické prvky kremík a germánium.
TL; DR (príliš dlhý; Nečítali)
Kremík a germánium sú dva chemické prvky, ktoré sa nazývajú metaloidy. Kremík aj germánium je možné kombinovať s ďalšími prvkami nazývanými dopanty, aby vytvorili polovodičové elektronické zariadenia, ako sú diódy, tranzistory a fotoelektrické články. Primárny rozdiel medzi kremíkovými a germániovými diódami je napätie potrebné na to, aby sa dióda rozsvietila (alebo zmenila na „predpätie“). Kremíkové diódy potrebujú na predpätie 0,7 voltu, zatiaľ čo germániové diódy potrebujú na predpätie iba 0,3 voltu.
Ako spôsobiť, že metaloidy vedú elektrické prúdy
Germánium a kremík sú chemické prvky, ktoré sa nazývajú metaloidy. Oba prvky sú krehké a majú kovový lesk. Každý z týchto prvkov má vonkajší elektrónový obal, ktorý obsahuje štyri elektróny; táto vlastnosť kremíka a germánia sťažuje tomu, aby ktorýkoľvek z prvkov v jeho najčistejšej podobe bol dobrým elektrickým vodičom. Jedným zo spôsobov, ako spôsobiť, že metaloid voľne vedie elektrický prúd, je jeho zahriatie. Pridanie tepla spôsobí, že voľné elektróny v metaloide sa pohybujú rýchlejšie a cestujú voľnejšie, čo umožňuje ich aplikáciu prúdiť elektrický prúd, ak je rozdiel napätia v metaloide dostatočný na to, aby skočil do vedenia pásmo.
Predstavujeme dopingové látky pre kremík a germánium
Ďalším spôsobom, ako zmeniť elektrické vlastnosti germánia a kremíka, je zavedenie chemických prvkov nazývaných dopanty. Prvky ako bór, fosfor alebo arzén nájdete na periodickej sústave v blízkosti kremíka a germánia. Keď sa do metalloidu zavedú dopanty, dopujúci látka buď dodá extra elektrón vonkajšiemu elektrónovému obalu metaloidu alebo zbaví metalloid jedného zo svojich elektrónov.
V praktickom príklade diódy je kúsok kremíka dotovaný dvoma rôznymi dopantmi, napríklad bórom na jednej strane a arzénom na druhej strane. Bod, kde sa strana dotovaná bórom stretáva so stranou dotovanou arzénom, sa nazýva križovatka P-N. Pre kremíkovú diódu sa strana dotovaná bórom nazýva „kremík typu P“, pretože zavedenie bóru zbavuje kremík elektrónu alebo zavádza elektrónový „otvor“. On na druhej strane sa kremík dotovaný arzénom nazýva „kremík typu N“, pretože pridáva elektrón, ktorý uľahčuje tok elektrického prúdu pri pripojení napätia na dióda.
Pretože dióda funguje ako jednosmerný ventil pre tok elektrického prúdu, musí byť na obe polovice diódy aplikovaný napäťový rozdiel a musí byť aplikovaný v správnych oblastiach. V praxi to znamená, že kladný pól zdroja energie musí byť pripojený na vodič smerujúci k Materiál typu P, zatiaľ čo záporný pól musí byť aplikovaný na materiál typu N, aby mohla dióda viesť elektrina. Ak je na diódu správne pripojené napájanie a dióda vedie elektrický prúd, má sa o dióde tendencia. Keď sa záporný a kladný pól zdroja energie privedú na materiály s opačnou polaritou diódy - kladný pól do Materiál typu N a záporný pól k materiálu typu P - dióda nevedie elektrický prúd, čo je stav známy ako reverzné skreslenie.
Rozdiel medzi germániom a kremíkom
Hlavným rozdielom medzi germániovými a kremíkovými diódami je napätie, pri ktorom elektrický prúd začne voľne prúdiť cez diódu. Germániová dióda zvyčajne začína viesť elektrický prúd, keď napätie správne aplikované na diódu dosiahne 0,3 voltu. Kremíkové diódy vyžadujú na vedenie prúdu väčšie napätie; na vytvorenie situácie s predpätím v kremíkovej dióde je potrebných 0,7 voltu.