Grunnatriði hálfleiðara
Yfirlit
Nútíma tækni er möguleg þökk sé flokki efna sem kallast hálfleiðarar. Allir virkir íhlutir, samþættir hringrásir, örbylgjur, smári, auk margra skynjara eru byggð með hálfleiðurum. Þó að sílikon sé mest notað og þekktasta hálfleiðaraefni sem notað er í rafeindatækni, er mikið úrval af hálfleiðara notað, þar á meðal þýska, Gallium Arsenide, kísilkarbíð, auk lífrænna hálfleiðara. Hvert efni bætir ákveðnum kostum við borðið eins og kostnað / flutningshlutfall, háhraða aðgerð, háhita eða viðeigandi svörun við merki.
Hálfleiðarar
Það sem gerir hálfleiðara svo gagnlegt er að geta nákvæmlega stjórnað rafmagns eiginleikum og hegðun sinni meðan á framleiðsluferlinu stendur. Hálfleiðaraeiginleikar eru stjórnað með því að bæta við lítið magn óhreininda í hálfleiðurum með aðferð sem kallast lyfjameðferð, með mismunandi óhreinindum og styrk sem veldur mismunandi áhrifum. Með því að stjórna lyfjameðferðinni er hægt að stjórna því hvernig rafstraumur fer í gegnum hálfleiðara.
Í dæmigerðri leiðari, eins og kopar, bera rafeindir núverandi og starfa sem hleðslutæki. Í hálfleiðara eru bæði rafeindir og "holur", fjarvera rafeinda, sem hleðslutæki. Með því að stjórna lyfjagjöf hálfleiðurans, getur leiðni og hleðslutækið verið sniðin að því að vera annaðhvort rafeind eða holur byggð.
Það eru tvær tegundir lyfja, N-gerð og P-gerð. N-gerð dopants, venjulega fosfór eða arsen, hafa fimm rafeindir, sem þegar þeir eru bættir við hálfleiðurinn veitir aukalega ókeypis rafeind. Þar sem rafeindir eru með neikvæða hleðslu, er efni sem dopið er með þessum hætti kallað N-gerð. P-gerð dopants, svo sem bór og gallíum, hafa aðeins þrjá rafeindir sem leiða til þess að rafeindur sé ekki í hálfleiðara kristalinu, sem raunverulega býr til holu eða jákvæða hleðslu, þess vegna heitir P-gerð. Bæði N-gerð og P-gerð dopants, jafnvel í mínútu magni, mun gera hálfleiðara ágætan leiðara. Hins vegar eru hálfleiðarar af N-gerð og P-gerð ekki mjög sérstakar af sjálfum sér, heldur eru þeir bara viðeigandi leiðarar. Hins vegar, þegar þú setur þau í sambandi við hvert annað, myndar PN mótum, færðu mjög mismunandi og mjög gagnlegar hegðun.
The PN Junction Diode
A PN mótum, ólíkt hvert efni fyrir sig, virkar ekki eins og leiðari. Frekar en að leyfa núverandi að renna í báðar áttir, gerir PN mótum aðeins núverandi straumi í einum átt og skapar grunndíóða. Að beita spennu yfir PN mótum í áframábaki (framsýni) hjálpar rafeindunum í N-gerð svæðinu að sameina holurnar í P-gerð svæðinu. Tilraunir til að snúa straumflæðinu (andstæða hlutdrægni) í gegnum díóða sveitir rafeindin og holurnar í sundur sem koma í veg fyrir að straumurinn rennur yfir mótið. Með því að sameina PN mótum á annan hátt opnast hurðirnar til annarra hálfleiðarahluta, eins og transistorinn.
Transistors
Grunnlásinn er gerður úr sambandi af mótum þremur N-gerð og P-gerð efna frekar en tveir notaðir í díóða. Sameining þessara efna skilar NPN og PNP smári sem eru þekkt sem tvíhverfa samskeyti transistors eða BJTs. Miðstöðin, eða grunnurinn, svæðið BJT, gerir smáritið kleift að virka sem rofi eða magnari.
Þó að NPN og PNP smári geti lítt út eins og tveir díóðir sett aftur til baka, sem myndi loka öllum núverandi frá flæðandi í báðum áttum. Þegar miðju lagið er framsýnt þannig að lítill straumur rennur í gegnum miðju lagið breytast eiginleikar díóða myndast með miðju laginu til að leyfa miklu stærri straumi að renna yfir allt tækið. Þessi hegðun gefur transistori getu til að magna smástrauma og að virka sem rofi að kveikja eða slökkva á núverandi uppsprettu.
Fjölbreyttar gerðir af smári og öðrum hálfleiðara tækjum er hægt að gera með því að sameina PN mótum á ýmsa vegu, frá háþróaðri, sérstakri virkni transistorum við stýrða díóða. Eftirfarandi eru aðeins nokkrar af þeim þáttum sem gerðar eru úr vandlega samsetningar PN mótum.
- DIAC
- Laser díóða
- Ljósdíóða díóða (LED)
- Zener díóða
- Darlington smári
- Field-effect smári, þ.mt MOSFETs
- IGBT smári
- Kísilstyrktur rectifier (SCR)
- Innbyggt hringrás (ICs)
- Örgjörvi
- Stafrænt minni - RAM og ROM
Skynjarar
Til viðbótar við núverandi stjórn sem hálfleiðarar leyfa, hafa þau einnig eiginleika sem skapa skilvirka skynjara. Þau geta verið gerðar til að vera viðkvæm fyrir breytingum á hitastigi, þrýstingi og ljósi. Breyting á viðnám er algengasta svarið fyrir hálfleiðandi skynjara. Nokkrar gerðir af skynjara sem mögulegar eru með hálfleiðurum eiginleikum eru taldar upp hér að neðan.
- Hall áhrif skynjari (segulsvið skynjari)
- Hitastillir (viðnámshiti skynjari)
- CCD / CMOS (myndflaga)
- Ljósdælur (ljósnemi)
- Photoresistor (ljósnemi)
- Piezoresistive (þrýstingur / álag skynjara)