Полупроводниковый прибор состоит из материала, который не является ни хорошим проводником, ни хорошим изолятором, он называется полупроводником. Такие устройства нашли широкое применение из-за их надежности, компактности и низкой стоимости. Это дискретные компоненты, которые используются в силовых устройствах, оптических датчиках компактности и излучателях света, в том числе твердотельных лазерах. Они имеют широкий диапазон возможностей регулирования тока и напряжения, с номинальным током более 5000 ампер и номинальным напряжением более 100000 вольт. Важнее, полупроводниковые приборы поддаются интеграции в сложные, но легко наращиваемые микроэлектронные схемы. У них есть вероятное будущее, ключевые элементы большинства электронных систем, включая связь с оборудованием обработки данных, потребителем и промышленным оборудованием управления.
Что такое полупроводниковые приборы?
Полупроводниковые приборы - это не что иное, как электронные компоненты которые используют электронные свойства полупроводниковых материалов, таких как кремний, германий и арсенид галлия, а также органических полупроводников. Полупроводниковые приборы заменили электронные лампы во многих приложениях. Они используют электронную проводимость в твердом состоянии, в отличие от термоэлектронной эмиссии в высоком вакууме. Полупроводниковые приборы производятся как для дискретных устройств, так и для интегральные схемы , которые состоят из нескольких или миллиардов устройств, изготовленных и соединенных между собой на одной полупроводниковой подложке или пластине.
Полупроводниковые приборы
Полупроводниковые материалы полезны благодаря своему поведению, которым можно легко манипулировать путем добавления примесей, известного как легирование. Электропроводность полупроводников может контролироваться электрическим или магнитным полем, воздействием света или тепла или механической деформацией легированной монокристаллической сетки, таким образом, полупроводники могут быть отличными датчиками. Токопроводимость в полупроводнике происходит без электронов и дырок, известных как носители заряда. Легирование кремния осуществляется путем добавления небольшого количества примесных атомов, а также фосфора или бора, что значительно увеличивает количество электронов или дырок в полупроводнике.
Когда легированный полупроводник содержит избыточные дырки, он называется полупроводником p-типа (положительный для дырок), а когда он содержит некоторый избыток свободных электронов, он известен как полупроводник n-типа (отрицательный для электронов). знак заряда большинства мобильных носителей заряда. Переходы, образующиеся при соединении полупроводников n-типа и p-типа, называются p – n переходом.
Диод
Полупроводник диод это устройство обычно состоит из одного p-n перехода. Соединение полупроводников p-типа и n-типа образует обедненную область, где токопроводимость сохраняется из-за отсутствия мобильных носителей заряда. Когда устройство смещено в прямом направлении, эта область обеднения уменьшается, обеспечивая значительную проводимость, когда диод смещен в обратном направлении, может быть достигнут только меньший ток и область обеднения может быть расширена. Воздействие света на полупроводник может привести к образованию электронно-дырочных пар, что увеличивает количество свободных носителей и тем самым увеличивает проводимость. Диоды, оптимизированные для использования этого явления, известны как фотодиоды. Составные полупроводниковые диоды также используются для генерации света, светодиодов и лазерных диодов.
Диод
Транзистор
Биполярные переходные транзисторы образованы двумя p-n-переходами в конфигурации p-n-p или n-p-n. Середина или основание, область между стыками обычно очень узкая. Другие области и связанные с ними клеммы известны как эмиттер и коллектор. Небольшой ток, вводимый через соединение между базой и эмиттером, изменяет свойства коллекторного перехода базы, поэтому он может проводить ток, даже если он имеет обратное смещение. Это создает больший ток между коллектором и эмиттером и регулируется током база-эмиттер.
Транзистор
Другой тип транзистора, названный полевой транзистор , он работает по принципу, согласно которому проводимость полупроводника может увеличиваться или уменьшаться в присутствии электрического поля. Электрическое поле может увеличить количество электронов и дырок в полупроводнике, тем самым изменив его проводимость. Электрическое поле может быть приложено с помощью обратносмещенного p-n-перехода, и оно образует переходной полевой транзистор (JFET) или электродом, изолированным от основного материала оксидным слоем, и он образует металл-оксидный полупроводниковый полевой транзистор (МОП-транзистор).
Сейчас наиболее часто используются MOSFET, твердотельные и полупроводниковые устройства. Электрод затвора заряжается для создания электрического поля, которое может управлять проводимостью «канала» между двумя выводами, называемого истоком и стоком. В зависимости от типа носителя в канале, устройство может быть n-канальным (для электронов) или p-канальным (для дырок) MOSFET.
Материалы полупроводниковых приборов
Кремний (Si) - наиболее широко используемый материал в полупроводниковых устройствах. У него более низкая стоимость сырья и относительно простой процесс. Его полезный температурный диапазон делает его в настоящее время лучшим компромиссом среди различных конкурирующих материалов. Кремний, используемый в производстве полупроводниковых приборов, в настоящее время изготавливается в виде чаш, достаточно больших в диаметре, чтобы можно было изготавливать пластины диаметром 300 мм (12 дюймов).
Германий (Ge) широко использовался в ранних полупроводниковых материалах, но его тепловая чувствительность делает его менее полезным, чем кремний. В настоящее время германий часто легируют кремнием (Si) для использования в высокоскоростных устройствах SiGe. IBM является основным производителем таких устройств.
Арсенид галлия (GaAs) также широко используется в высокоскоростных устройствах, но до сих пор было трудно формировать чаши большого диаметра из этого материала, что ограничивало размеры пластин значительно меньшими, чем кремниевые пластины, что привело к массовому производству арсенида галлия. (GaAs) устройства значительно дороже кремния.
Список распространенных полупроводниковых приборов
Список распространенных полупроводниковых устройств в основном включает два терминала, три терминала и четыре терминальных устройства.
Обычные полупроводниковые приборы
Двухконтактные устройства
- Диод (выпрямительный диод)
- Диод Ганна
- УДАР диоды
- Лазерный диод
- Стабилитрон
- Диод Шоттки
- PIN-диод
- Туннельный диод
- Светодиод (LED)
- Фото транзистор
- Фотоэлемент
- Солнечная батарея
- Диод подавления переходных напряжений
- VCSEL
Трехконтактные устройства
- Биполярный транзистор
- Полевой транзистор
- Транзистор дарлингтона
- Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
- Однопереходный транзистор
- Выпрямитель с кремниевым управлением
- Тиристор
- ТРИАК
Четырехконтактные устройства
- Фотопара (оптопара)
- Датчик Холла (датчик магнитного поля)
Применение полупроводниковых устройств
Все типы транзисторов могут использоваться в качестве строительные блоки логических вентилей , что полезно для проектирования цифровых схем. В цифровых схемах, таких как микропроцессоры, транзисторы, которые действуют как переключатель (вкл-выкл) в полевом МОП-транзисторе, например, напряжение, приложенное к затвору, определяет, включен или выключен переключатель.
Транзисторы, используемые для аналоговых схем, не действуют как переключатели (вкл / выкл) относительно, они реагируют на непрерывный диапазон входного сигнала с непрерывным диапазоном выходного сигнала. Общие аналоговые схемы включают генераторы и усилители. Цепи, которые сопрягаются или преобразуются между аналоговыми и цифровыми схемами, известны как схемы со смешанными сигналами.
Преимущества полупроводниковых приборов
- Поскольку полупроводниковые устройства не имеют нитей, следовательно, для их нагрева и эмиссии электронов не требуется никакой энергии.
- Поскольку нагрев не требуется, полупроводниковые приборы включаются в работу сразу после включения цепи.
- Во время работы полупроводниковые приборы не издают гудящего шума.
- Полупроводниковые устройства требуют работы при низком напряжении по сравнению с электронными лампами.
- Из-за своих малых размеров схемы с полупроводниковыми приборами очень компактны.
- Полупроводниковые приборы устойчивы к ударам.
- Полупроводниковые приборы дешевле электронных ламп.
- У полупроводниковых приборов почти неограниченный срок службы.
- Поскольку в полупроводниковых приборах не требуется создавать вакуум, у них нет проблем с разрушением вакуума.
Недостатки полупроводниковых приборов
- Уровень шума в полупроводниковых приборах выше, чем в электронных лампах.
- Обычные полупроводниковые устройства не могут обрабатывать такую большую мощность, как обычные электронные лампы.
- В высокочастотном диапазоне у них плохой отклик.
Таким образом, речь идет о различных типах полупроводниковых устройств, включая два терминала, три терминала и четыре терминальных устройства. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или электрических и электронных проектов, пожалуйста, дайте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вопрос к вам, каковы области применения полупроводниковых приборов?
Фото:
