HALVLEDARE: TYPER, APPLIKATIONER OCH EXEMPEL - DUDAS

De halvledare är element som utför funktionen av selektivt ledande eller isolerande, beroende på yttre förhållanden som de är utsatta, såsom temperatur, tryck, strålning och elektriska eller magnetiska fält.

I det periodiska systemet finns 14 halvledarelement, bland vilka kisel, germanium, selen, kadmium, aluminium, gallium, bor, indium och kol sticker ut. Halvledare är kristallina fasta ämnen med medelhög elektrisk ledningsförmåga, så att de kan användas duellt som ledare och isolator.

Om de används som ledare tillåter de under vissa förhållanden cirkulation av elektrisk ström, men bara i en riktning. Dessutom har de inte så hög konduktivitet som ledande metaller.

Halvledare används i elektroniska applikationer, särskilt för tillverkning av komponenter såsom transistorer, dioder och integrerade kretsar. De används också som tillbehör eller komplement för optiska sensorer, såsom fast tillståndslasrar, och vissa kraftanordningar för överföringssystem för elektrisk kraft.

För närvarande används denna typ av element för teknisk utveckling inom områdena telekommunikation, styrsystem och signalbehandling, både i hushålls- och industriella applikationer.

typer

Det finns olika typer av halvledarmaterial, beroende på föroreningarna som de presenterar och deras fysiska respons på olika miljöstimuler.

Intrinsiska halvledare

Det är de element vars molekylstruktur består av en enda typ av atom. Bland dessa typer av inneboende halvledare är silico och germanium.

Molekylstrukturen hos inneboende halvledare är tetraedrisk; det vill säga att den har kovalenta bindningar mellan fyra omgivande atomer, såsom visas i bilden nedan.

Varje atom i en inneboende halvledare har fyra valenselektroner; det vill säga fyra elektroner som kretsar runt det yttersta skalet i varje atom. I sin tur bildar var och en av dessa elektroner bindningar med intilliggande elektroner.

På detta sätt har varje atom 8 elektroner i sitt mest ytliga skikt och bildar därmed en solid bindning mellan elektronerna och atomerna som utgör kristallgitteret.

På grund av denna konfiguration rör sig elektroner inte lätt inom strukturen. Under standardförhållanden uppträder således inneboende halvledare som en isolator.

Konduktiviteten hos den inneboende halvledaren stiger emellertid när temperaturen ökar, eftersom vissa valenselektroner absorberar värmeenergi och separerar från bindningarna.

Dessa elektroner blir fria elektroner och kan, om de riktigt styrs av en elektrisk potentialskillnad, bidra till flödet av ström inom kristallgitteret.

I detta fall hoppar de fria elektronerna in i ledningsbandet och går till den positiva polen i den potentiella källan (till exempel ett batteri).

Rörelsen hos valenselektronerna inducerar ett vakuum i molekylstrukturen, vilket innebär en effekt liknande den som produceras av en positiv laddning i systemet, varför de betraktas som bärare av positiv laddning.

Sedan uppstår en omvänd effekt, eftersom vissa elektroner kan falla från ledningsbandet till valensskalet, vilket frigör energi i processen, som kallas rekombination.

Extrinsic halvledare

De överensstämmer genom att inkludera föroreningar i de inneboende ledarna; det vill säga genom att införliva trivalenta eller pentavalenta element.

Denna process kallas doping och dess syfte är att öka ledningsförmågan hos material, att förbättra deras fysiska och elektriska egenskaper.

Genom att ersätta en inneboende halvledaratom med en atom av en annan komponent kan två typer av extrinsiska halvledare erhållas, vilka beskrivs nedan.

Halvledare av P-typ

I detta fall är föroreningen ett trivalent halvledarelement; det vill säga med tre (3) elektroner i sitt valensskal.

De påträngande elementen i strukturen kallas dopingelement. Exempel på dessa element för halvledare av P-typ är bor (B), gallium (Ga) eller indium (In).

Avsaknad av en valenselektron för att bilda de fyra kovalenta bindningarna i en inneboende halvledare, har halvledaren av P-typ ett gap i den saknade bindningen.

Detta gör att elektroner som inte tillhör det kristallina gitteret passerar genom detta hål som har en positiv laddning.

På grund av den positiva laddningen av bindningsklyftan betecknas dessa typer av ledare med bokstaven "P" och följaktligen erkänns de som elektronacceptorer.

Strömmen av elektroner genom hålen i bindningen ger en elektrisk ström som cirkulerar i motsatt riktning till den ström som härrör från de fria elektronerna.

Halvledare av N-typ

Det påträngande elementet i konfigurationen ges av pentavalenta element; det vill säga de som har fem (5) elektroner i valensbandet.

I detta fall är föroreningarna som är införlivade i den inneboende halvledaren element såsom fosfor (P), antimon (Sb) eller arsenik (As).

Dopmedel har en extra valenselektron som, utan någon kovalent bindning att binda till, automatiskt är fri att röra sig genom kristallgitteret.

Här cirkulerar den elektriska strömmen genom materialet tack vare överskottet av fria elektroner från dopningsmedlet. Därför betraktas halvledare av N-typ som elektrondonatorer.

egenskaper

Halvledare kännetecknas av deras dubbla funktionalitet, energieffektivitet, mångfald av applikationer och låga kostnader. Halvledarnas framträdande egenskaper beskrivs nedan.

- Reaktionen (ledande eller isolerande) kan variera beroende på elementets känslighet för belysning, elektriska fält och magnetfält i miljön.

- Om halvledaren utsätts för en låg temperatur förblir elektronerna förenade i valensbandet och därför kommer inga fria elektroner att uppstå för cirkulation av elektrisk ström.

Å andra sidan, om halvledaren utsätts för höga temperaturer, kan termisk vibration påverka styrkan hos de kovalenta bindningarna i elementets atomer, vilket lämnar fria elektroner för elektrisk ledning.

- Konduktiviteten för halvledare varierar beroende på andelen föroreningar eller dopningselement i en egen halvledare.

Till exempel, om 10 boratomer är inkluderade i en miljon kiselatomer, ökar detta förhållande konduktiviteten för föreningen tusen gånger, jämfört med konduktiviteten för rent kisel.

- Konduktiviteten av halvledare varierar i ett intervall mellan 1 och 10 ^-6 S.cm ^-1 , beroende på vilken typ av kemiska element som används.

- Komposit eller extrinsiska halvledare kan ha optiska och elektriska egenskaper avsevärt överlägsna egenskaperna hos inneboende halvledare. Ett exempel på detta är galliumarsenid (GaAs), som främst används inom radiofrekvens och annan användning av optoelektroniska applikationer.

tillämpningar

Halvledare används ofta som råmaterial vid montering av elektroniska element som ingår i vårt dagliga liv, till exempel integrerade kretsar.

Ett av huvudelementen i en integrerad krets är transistorer. Dessa enheter uppfyller funktionen att tillhandahålla en utsignal (svängande, förstärkt eller korrigerad) enligt en specifik insignal.

Dessutom är halvledare också det primära materialet för dioder som används i elektroniska kretsar för att tillåta elektrisk ström att passera i en enda riktning.

För diodkonstruktion bildas extrinsiska halvledarföreningar av P-typ och N-typ. Genom att växla elektrondonatorer och bärarelement aktiveras en balansmekanism mellan båda zonerna.

Således korsar varandra elektronerna och hålen i båda zonerna och kompletterar varandra vid behov. Detta sker på två sätt:

- Överföringen av elektroner från zonen N-typ till zonen P.N-typzonen erhåller en övervägande positiv laddningszon.

- Det finns en passage av elektronbärande hål från zonen av P-typ till zonen av N-typ. P-zonen erhåller en övervägande negativ laddning.

Slutligen bildas ett elektriskt fält som inducerar cirkulationen av strömmen i endast en riktning; det vill säga från zon N till zon P.

Dessutom kan användning av kombinationer av inneboende och extrinsiska halvledare producera enheter som utför funktioner som liknar ett vakuumrör som innehåller hundratals gånger volymen.

Denna typ av tillämpning gäller integrerade kretsar som mikroprocessorchips som täcker en betydande mängd elektrisk energi.

Halvledare finns i elektroniska apparater som vi använder i vårt dagliga liv, till exempel brun linjeutrustning som tv-apparater, videospelare, ljudutrustning; datorer och mobiltelefoner.

exempel

Den mest använda halvledaren inom elektronikindustrin är kisel (Si). Detta material finns i de enheter som utgör de integrerade kretsarna som ingår i vårt dagliga liv.

Germanium-legeringar av kisel (SiGe) används i höghastighetsintegrerade kretsar för radar och förstärkare av elektriska instrument, t.ex. elektriska gitarrer.

Ett annat exempel på en halvledare är galliumarsenid (GaAs), som ofta används i signalförstärkare, specifikt för signaler med hög förstärkning och låg ljudnivå.

referenser

Brian, M. (nd). Hur halvledare fungerar. Återställd från: electronics.howstuffworks.com
Landin, P. (2014). Intrinsiska och extrinsiska halvledare. Återställd från: pelandintecno.blogspot.com
Rouse, M. (nd). Halvledare. Återställd från: whatis.techtarget.com
Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. London, Storbritannien. Återställd från: britannica.com
Wikipedia, The Free Encyclopedia (2018). Halvledare. Återställd från: es.wikipedia.org

HALVLEDARE: TYPER, APPLIKATIONER OCH EXEMPEL - DUDAS - 2025