Полупроводници су супстанце чија се електрична проводљивост налази између добрих проводника и изолатора. Полупроводници, без икаквих нечистоћа, називају се својственим полупроводницима. Германијум и силицијум су најчешће коришћени сопствени полупроводници. И Ге (атомски број 32) и силицијум (атомски број 14) припадају четвртој групи периодног система и четворовалентни су.
Које су карактеристике полупроводника?
На температурама близу апсолутне нуле, чисти Ге и Си се понашају као савршени изолатори. Али њихове проводљивости се повећавају са порастом температуре. За Ге, енергија везивања електрона у ковалентној вези је 0,7 еВ. Ако се ова енергија испоручује у облику топлоте, неке везе се прекидају, а електрони се ослобађају.
На уобичајеним температурама, неки електрони се ослобађају атома кристала Ге или Си и лутају у кристалу. Одсуство електрона на претходно заузетом месту подразумева позитиван набој на том месту. Каже се да се на месту ослобађања електрона ствара „рупа“. (Слободна) рупа је еквивалент позитивном наелектрисању и она има тенденцију да прихвати електрон.
Када електрон скочи у рупу, ствара се нова рупа на месту где је претходно био електрон. Кретање електрона у једном правцу је еквивалентно кретању рупа у супротном смеру. Дакле, у унутрашњим полупроводницима се истовремено стварају рупе и електрони и обојица делују као носачи наелектрисања.
Врсте полупроводника и њихова употреба
Постоје две врсте спољних полупроводника: н-тип и п-тип.
полупроводник н-типа: Елементи као што су арсен (Ас), антимон (Сб) и фосфор (П) су петовалентни, док су Ге и Си четверовалентни. Ако се кристалу Ге или Си дода мала количина антимона, као нечистоћа, тада ће од његових пет валентних електрона четири формирати ковалентне везе са суседним Ге атомима. Али пети електрон антимона постаје готово слободан за кретање у кристалу.
Ако се на допирани Ге-кристал примени потенцијални напон, слободни електрони у допираном Ге-у кретаће се према позитивном прикључку, а проводљивост се повећава. Пошто негативно наелектрисани слободни електрони повећавају проводљивост допираног Ге кристала, он се назива полупроводник н-типа.
полупроводник п-типа: Ако се у а дода тривалентна нечистоћа попут индијума, алуминијума или бора (која има три валентна електрона) врло мали удео у тетравалентном Ге или Си, тада се формирају три ковалентне везе са три Ге атома. Али четврти валентни електрон Ге не може да формира ковалентну везу са индијумом, јер ниједан електрон није преостао за упаривање.
Одсуство или недостатак електрона назива се рупа. Свака рупа се у том тренутку сматра регионом позитивног наелектрисања. Како је проводљивост Ге-а допираног индијумом последица рупа, назива се полупроводник п-типа.
Дакле, н-тип и п-тип су две врсте полупроводника, а њихова употреба је објашњена на следећи начин: П-тип полупроводник и полупроводник н-типа су спојени заједно, а заједнички интерфејс се назива п-н спој диода.
Диода п-н споја користи се као исправљач у електронским колима. Транзистор је трокраки полупроводнички уређај, направљен сендвичем танког комадића материјала типа н између два већа комада п-типа материјала или танки комад полупроводника п-типа између два већа комада н-типа полупроводник. Дакле, постоје две врсте транзистора: п-н-п и н-п-н. Транзистор се користи као појачало у електронским колима.
Које су предности полупроводника?
Поређење између полупроводничке диоде и вакуума дало би живописнији увид у предности полупроводника.
- За разлику од вакуумских диода, у полупроводничким уређајима нема нити. Дакле, није потребно загревање да би се емитовали електрони у полупроводнику.
- Полупроводничким уређајима се може управљати одмах након укључивања склопног уређаја.
- За разлику од вакуумских диода, у тренутку рада полупроводници не производе звук брујања.
- У поређењу са вакуумским цевима, полупроводничким уређајима је увек потребан низак радни напон.
- Будући да су полупроводници мале величине, кола која их укључују су такође врло компактна.
- За разлику од вакуумских цеви, полупроводници су отпорни на ударце. Штавише, мање су величине и заузимају мање простора и троше мање енергије.
- У поређењу са вакуумским цевима, полупроводници су изузетно осетљиви на температуру и зрачење.
- Полупроводници су јефтинији од вакуумских диода и имају неограничен рок трајања.
- Полупроводничким уређајима није потребан вакуум за рад.
Укратко, предности полупроводничких уређаја далеко су веће од вакуумских цеви. Појавом полупроводничког материјала постало је могуће развити мале електронске уређаје који су били софистициранији, издржљивији и компатибилнији.
Које су примене полупроводничких уређаја?
Најчешћи полупроводнички уређај је транзистор који се користи за производњу логичких капија и дигиталних кола. Примена полупроводничких уређаја такође се протеже на аналогне склопове који се користе у осцилаторима и појачалима.
Полупроводнички уређаји се такође користе у интегрисаним круговима, који раде на врло високом напону и струји. Примене полупроводничких уређаја такође се виде у свакодневном животу. На пример, рачунарски чипови велике брзине израђени су од полупроводника. Телефони, медицинска опрема и роботика такође користе полупроводничке материјале.