pusvadītāji

Fizisks

2022

Mēs izskaidrojam, kas ir elektriskais pusvadītājs, tā veidi, pielietojumi un piemēri. Turklāt vadošie un izolācijas materiāli.

Visplašāk izmantotais pusvadītājs ir silīcijs.

Kas ir pusvadītājs?

Pusvadītāji ir materiāli, kas atkarībā no fiziskajiem apstākļiem, kādos tie atrodas, var darboties kā elektriskie vadītāji vai elektriskie izolatori. Šie nosacījumi parasti ietver temperatūra un Spiediens, radiācijas biežums vai intensitāte elektriskais lauks vai magnētiskais lauks kam materiāls ir pakļauts.

Pusvadītāji sastāv no ķīmiskie elementi ļoti dažādi savā starpā, kas patiesībā nāk no citiem reģioniem, nevis Periodiskā tabula, taču tiem ir kopīgas noteiktas ķīmiskās īpašības (parasti tās ir četrvērtīgas), kas piešķir tām īpašās elektriskās īpašības. Pašlaik visplašāk izmantotais pusvadītājs ir silīcijs (Si), īpaši rūpniecībā elektronika un no skaitļošana.

Līdzās izolācijas materiāliem pusvadītājus 1727. gadā atklāja angļu fiziķis un dabaszinātnieks Stīvens Grejs (1666-1736), bet likumus, kas apraksta to uzvedību un īpašības, daudz vēlāk, 1821. gadā, aprakstīja slavenais vācu fiziķis Georgs Saimons. (1789-1854).

Pusvadītāju lietojumi

Pusvadītāji ir īpaši noderīgi elektronikas nozarē, jo tie ļauj vadīt un modulēt elektriskā strāva atbilstoši nepieciešamajiem modeļiem. Šī iemesla dēļ parasti viņi tiek izmantoti:

  • Tranzistori
  • Integrētās shēmas
  • Elektriskās diodes
  • Optiskie sensori
  • Cietvielu lāzeri
  • Elektriskās piedziņas modulatori (piemēram, elektriskās ģitāras pastiprinātājs)

Pusvadītāju veidi

Pusvadītāji var būt divu veidu atkarībā no to reakcijas uz fizisko vidi, kurā tie atrodas:

Iekšējie pusvadītāji

Tie sastāv no viena veida atomi, sakārtots molekulas tetraedrisks (tas ir, četri atomi ar valences vērtību 4) un to atomi, kas savienoti ar kovalentās saites.

Šī ķīmiskā konfigurācija novērš kustība brīvs no elektroni ap molekulu, izņemot temperatūras paaugstināšanos: tad elektroni ņem daļu no Enerģija pieejams un “lec”, atstājot brīvu vietu, kas tiek tulkota kā pozitīvs lādiņš, kas savukārt piesaistīs jaunus elektronus. Šo procesu sauc par rekombināciju un summu karstums tas ir atkarīgs no attiecīgā ķīmiskā elementa.

Ārējie pusvadītāji

Šie materiāli pieļauj dopinga procesu, tas ir, tie ļauj to atomu konfigurācijā iekļaut noteikta veida piemaisījumus. Atkarībā no šiem piemaisījumiem, kas var būt piecvērtīgi vai trīsvērtīgi, pusvadītāju materiālus iedala divās daļās:

  • N-veida ārējie pusvadītāji (donori). Šāda veida materiālos elektronu skaits pārsniedz caurumu vai brīvā lādiņa nesēju (pozitīvā lādiņa "telpas") skaitu. Kad materiālam tiek piemērota potenciālu starpība, brīvie elektroni pārvietojas pa kreisi no materiāla un caurumi tad pa labi. Kad caurumi sasniedz galējo labo pusi, elektroni no ārējās ķēdes nonāk pusvadītājā, un notiek elektriskās strāvas pārnešana.
  • Ārējie P tipa pusvadītāji (akceptori). Šajos materiālos pievienotais piemaisījums tā vietā, lai palielinātu pieejamo elektronu skaitu, palielina caurumus, tāpēc mēs runājam par pievienoto akceptormateriālu, jo pieprasījums pēc elektroniem ir lielāks nekā pieejamība un katra brīvā “telpa”, kur elektronam jānonāk, kalpo lai atvieglotu strāvas pāreju.

Pusvadītāju materiālu piemēri

Pusvadītāji kalpo kā elektriskās pārraides modulatori.

Visizplatītākie un izmantotie pusvadītāji nozare ir:

  • Silīcijs (Si)
  • Germānija (Ge), bieži vien iekšā sakausējumi silīcijs
  • Gallija arsenīds (GaAs)
  • Sērs
  • Skābeklis
  • Kadmijs
  • Selēns
  • indiānis
  • Citi ķīmiskie materiāli, kas iegūti, kombinējot elementus no periodiskās tabulas 12. un 13. grupas, ar elementiem no attiecīgi 16. un 15. grupas.

Vadītspējīgi materiāli

Atšķirībā no pusvadītājiem, kuru elektriskās vadīšanas īpašības atšķiras, vadošie materiāli vienmēr ir gatavi pārraidīt elektrība, pateicoties tā atomu elektroniskajai konfigurācijai. Šī vadītspēja var svārstīties, un to zināmā mērā ietekmē vides fiziskais stāvoklis kopš elektrovadītspēja tas nav absolūts.

Vadošo materiālu piemēri ir lielākā daļa metāli (dzelzs, dzīvsudrabs, varš, alumīnijs utt.) un Ūdens.

Izolācijas materiāli

Visbeidzot, izolācijas materiāli ir tie, kas pretojas elektrības vadīšanai, tas ir, novērš elektrības pāreju elektroni un tāpēc tie ir noderīgi, lai pasargātu sevi no elektrības, neļautu tai iziet bez maksas vai no īssavienojumiem. Izolatori arī neizolē simtprocentīgi efektīvi, tiem ir robeža (sabrukšanas spriegums), virs kuras enerģija ir tik intensīva, ka tie nevar uzturēt savu izolatoru stāvokli un līdz ar to vismaz zināmā mērā pārvadīt elektrisko strāvu.

Izolācijas materiālu piemēri ir plastmasas, keramika, stikls, koks un papīrs.

!-- GDPR -->