När vi tänker på elektroniska enheter tänker vi ofta på hur snabbt dessa enheter fungerar eller hur länge vi kan använda enheten innan vi laddar batteriet. Vad de flesta inte tänker på är vad komponenterna i deras elektroniska enheter är gjorda av. Medan varje enhet skiljer sig åt i sin konstruktion har alla dessa enheter en sak gemensamt - elektroniska kretsar med komponenter som innehåller de kemiska elementen kisel och germanium.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Kisel och germanium är två kemiska element som kallas metalloider. Både kisel och germanium kan kombineras med andra element som kallas dopmedel för att skapa solid state elektroniska enheter, såsom dioder, transistorer och fotoelektriska celler. Den primära skillnaden mellan kiseldioder och germaniumdioder är den spänning som behövs för att dioden ska slå på (eller bli "framåtförspänd"). Kiseldioder kräver 0,7 volt för att bli förspända, medan germaniumdioder endast kräver 0,3 volt för att bli framåtförspända.
Hur man orsakar att metalloider leder elektriska strömmar
Germanium och kisel är kemiska element som kallas metalloider. Båda elementen är spröda och har en metallisk glans. Var och en av dessa element har ett yttre elektronskal som innehåller fyra elektroner; denna egenskap hos kisel och germanium gör det svårt för något av elementen i sin renaste form att vara en bra elektrisk ledare. Ett sätt att få en metalloid att leda elektrisk ström fritt är att värma upp den. Tillsättning av värme får de fria elektronerna i en metalloid att röra sig snabbare och färdas mer fritt och tillåts appliceras elektrisk ström att strömma om skillnaden i spänning över metalloid är tillräcklig för att hoppa in i ledningen band.
Vi presenterar dopmedel för kisel och Germanium
Ett annat sätt att ändra de elektriska egenskaperna hos germanium och kisel är att införa kemiska element som kallas dopmedel. Element som bor, fosfor eller arsenik finns på det periodiska systemet nära kisel och germanium. När dopmedel införs i en metalloid tillhandahåller dopmedlet antingen en extra elektron till metalloidens yttre elektronskal eller berövar metalloid en av dess elektroner.
I det praktiska exemplet på en diod dopas en kiselbit med två olika dopmedel, såsom bor på ena sidan och arsenik på den andra. Den punkt där den bor-dopade sidan möter den arsen-dopade sidan kallas en P-N-korsning. För en kiseldiod kallas den bor-dopade sidan "kisel av P-typ" eftersom införandet av bor berövar kiseln för en elektron eller inför ett elektron "hål". På andra sidan kallas arsenik-dopat kisel "kisel av N-typ" eftersom det lägger till en elektron, vilket gör det lättare för elektrisk ström att strömma när spänning appliceras på diod.
Eftersom en diod fungerar som en envägsventil för strömmen av elektrisk ström måste det finnas en spänningsdifferens på de båda halvorna av dioden och den måste appliceras i rätt områden. I praktiken betyder detta att den positiva polen hos en strömkälla måste appliceras på kabeln som går till P-typmaterial, medan den negativa polen måste appliceras på N-typmaterialet för att dioden ska kunna leda elektricitet. När strömmen matas ordentligt till en diod och dioden leder elektrisk ström, sägs dioden vara förspänd. När de negativa och positiva polerna i en kraftkälla appliceras på motsatta polaritetsmaterialen hos en diod - positiv pol till Material av N-typ och negativ pol till P-material - en diod leder inte elektrisk ström, ett tillstånd som kallas omvänd förspänning.
Skillnaden mellan Germanium och Silicon
Huvudskillnaden mellan germanium- och kiseldioder är spänningen vid vilken elektrisk ström börjar flöda fritt över dioden. En germaniumdiod börjar vanligtvis leda elektrisk ström när spänningen appliceras korrekt över dioden når 0,3 volt. Kiseldioder kräver mer spänning för att leda ström; det tar 0,7 volt för att skapa en framåtriktad situation i en kiseldiod.