Polovodičové zariadenie je vyrobené z materiálu, ktorý nie je ani dobrým vodičom, ani dobrým izolátorom, hovorí sa mu polovodič. Takéto zariadenia si vybudovali široké uplatnenie kvôli ich spoľahlivosti, kompaktnosti a nízkym nákladom. Jedná sa o diskrétne komponenty, ktoré sa používajú v napájacích zariadeniach, kompaktných optických snímačoch a svetelných zdrojoch vrátane polovodičových laserov. Majú širokú škálu možností manipulácie s prúdom a napätím, s prúdovými hodnotami viac ako 5 000 ampérov a hodnotami napätia viac ako 100 000 voltov. Dolezitejsie, polovodičové zariadenia umožňujú integráciu do zložitých, ale ľahko vybudovateľných mikroelektronických obvodov. Budú mať pravdepodobnú budúcnosť, kľúčové prvky väčšiny elektronických systémov vrátane komunikácie so zariadeniami na spracovanie údajov, spotrebiteľom a priemyselným riadením.

Čo sú to polovodičové zariadenia?

Polovodičové zariadenia nie sú nič iné ako elektronické komponenty ktoré využívajú elektronické vlastnosti polovodičových materiálov, ako sú kremík, germánium a arzenid gália, ako aj organické polovodiče. Polovodičové zariadenia nahradili vákuové trubice v mnohých aplikáciách. Používajú elektronické vedenie v tuhom stave na rozdiel od termionickej emisie vo vysokom vákuu. Polovodičové súčiastky sa vyrábajú pre diskrétne súčiastky aj pre integrované obvody , ktoré pozostávajú z niekoľkých až miliárd zariadení vyrobených a prepojených na jednom polovodičovom substráte alebo oblátke.

Polovodičové zariadenia

Polovodičové materiály sú užitočné svojím správaním, s ktorým sa dá ľahko manipulovať pridaním nečistôt, ktoré sa označuje ako doping. Polovodičová vodivosť môže byť riadená elektrickým alebo magnetickým poľom, vystavením svetlu alebo teplu alebo mechanickou deformáciou dotovanej monokryštalickej mriežky, takže z polovodičov môžu byť vynikajúce snímače. Prúdové vedenie v polovodiči nastáva bez elektrónov a dier, ktoré sa súhrnne nazývajú nosiče náboja. Doping kremíka sa vykonáva pridaním malého množstva atómov nečistôt a tiež pre fosfor alebo bór významne zvyšuje počet elektrónov alebo otvorov v polovodiči.

Ak dopovaný polovodič obsahuje prebytočné diery, nazýva sa to polovodič typu „p“ (pozitívny pre diery) a keď obsahuje nadbytok voľných elektrónov, je známy ako polovodič typu „n“ (negatívny pre elektróny). znak poplatku väčšiny mobilných operátorov. Križovatky, ktoré vznikli tam, kde sú polovodiče typu n a p spojené, sa nazývajú p – n križovatka.

Dióda

Polovodič dióda je zariadenie typicky tvorený jedným spojením p-n. Spojenie polovodiča typu p a typu n tvorí oblasť vyčerpania, kde je vedenie prúdu rezervované nedostatkom mobilných nosičov náboja. Keď je zariadenie predopäté, táto oblasť vyčerpania sa zníži, čo umožňuje významné vedenie, keď je dióda spätne predpätá, je možné dosiahnuť iba menší prúd a oblasť vyčerpania sa môže predĺžiť. Vystavením polovodiča svetlu môže vzniknúť pár elektrónových otvorov, čo zvyšuje počet voľných nosičov a tým aj vodivosť. Diódy optimalizované na využitie tohto javu sú známe ako fotodiódy. Zložené polovodičové diódy sa tiež používajú na generovanie svetla, diód emitujúcich svetlo a laserových diód.

Dióda

Tranzistor

Bipolárne prechodové tranzistory sú tvorené dvoma spojeniami p-n, buď v konfigurácii p-n-p, alebo n-p-n. Stredná alebo základná oblasť medzi križovatkami je zvyčajne veľmi úzka. Ostatné oblasti a ich príbuzné terminály sú známe ako vysielač a kolektor. Malý prúd vstrekovaný cez spoj medzi základňou a vysielačom mení vlastnosti spoja s kolektorom základne, takže môže viesť prúd, aj keď je spätne predpätý. To vytvára väčší prúd medzi kolektorom a vysielačom a je riadený prúdom základňa-vysielač.

Tranzistor

Iný typ tranzistora pomenovaný ako tranzistor s efektom poľa , funguje na princípe, že vodivosť polovodiča sa môže zvýšiť alebo znížiť prítomnosťou elektrického poľa. Elektrické pole môže zvýšiť počet elektrónov a otvorov v polovodiči, a tým zmeniť jeho vodivosť. Elektrické pole môže byť aplikované prechodom p-n s reverzným predpätím a tvorí tranzistor s efektom spojovacieho poľa (JFET) alebo elektródou izolovanou od sypkého materiálu vrstvou oxidu a vytvára polovodičový tranzistor s efektom poľa oxidu kovu (MOSFET).

“kde sa používa striedavý prúd ”

Teraz je najpoužívanejší deň v MOSFET, polovodičovom zariadení a polovodičových zariadeniach. Bránová elektróda je nabitá na vytvorenie elektrického poľa, ktoré dokáže riadiť vodivosť „kanála“ medzi dvoma svorkami, ktorý sa nazýva zdroj a odtok. V závislosti od typu nosiča v kanáli môže byť zariadenie n-kanálový (pre elektróny) alebo p-kanál (pre otvory) MOSFET.

Materiály polovodičových zariadení

Kremík (Si) je najbežnejšie používaný materiál v polovodičových zariadeniach. Má nižšie náklady na suroviny a relatívne jednoduchý proces. Vďaka svojmu užitočnému teplotnému rozsahu je v súčasnosti najlepším kompromisom medzi rôznymi konkurenčnými materiálmi. Kremík používaný pri výrobe polovodičových súčiastok sa v súčasnosti vyrába do misiek, ktoré majú dostatočne veľký priemer, aby umožňovali výrobu 300 mm doštičiek.

Germánium (Ge) bolo široko používané v prvotných polovodičových materiáloch, ale jeho tepelná citlivosť je menej užitočná ako kremík. V dnešnej dobe je germánium často legované kremíkom (Si) na použitie vo veľmi vysokorýchlostných zariadeniach SiGe. Spoločnosť IBM je hlavným výrobcom týchto zariadení.

Gálium arzenid (GaAs) sa tiež široko používa s vysokorýchlostnými zariadeniami, ale doteraz bolo ťažké vytvoriť misky s týmto priemerom s veľkým priemerom, ktoré obmedzili veľkosť priemeru oblátky podstatne menšiu ako kremíkové doštičky, čo umožnilo hromadnú výrobu gália (GaAs) zariadenia podstatne drahšie ako kremík.

Zoznam bežných polovodičových zariadení

Zoznam bežných polovodičových zariadení obsahuje hlavne dva terminály, tri terminály a štyri terminálne zariadenia.

“analógové spracovanie signálu vs digitálne spracovanie signálu ”

Spoločné polovodičové zariadenia

Dvojkoncové zariadenia sú

Dióda (usmerňovacia dióda)
Gunnova dióda
Diódy IMPACT
Laserová dióda
Zenerova dióda
Schottkyho dióda
PIN dióda
Tunelová dióda
Svetelná dióda (LED)
Foto tranzistor
Fotobunka
Solárny článok
Dióda na potlačenie prechodného napätia
VCSEL

Trojkoncové zariadenia sú

Bipolárny tranzistor
Tranzistor s efektom poľa
Darlingtonov tranzistor
Bipolárny tranzistor s izolovanou bránou (IGBT)
Unijunkčný tranzistor
Usmerňovač riadený kremíkom
Tyristor
TRIAC

Štvorkoncové zariadenia sú

Fotopríslušenstvo (optočlen)
Hallov snímač (snímač magnetického poľa)

Aplikácie polovodičových zariadení

Ako tranzistor je možné použiť všetky typy tranzistorov stavebné bloky logických brán , čo je užitočné pri návrhu číslicových obvodov. Napríklad v digitálnych obvodoch, ako sú mikroprocesory, tranzistory, ktoré v MOSFET fungujú ako prepínač (zap-vyp), určuje, či je prepínač zapnutý alebo vypnutý, napätie privádzané na bránu.

Tranzistory používané pre analógové obvody nepôsobia ako prepínače (zapnuté-vypnuté) relatívne, reagujú na nepretržitý rozsah vstupu s nepretržitým rozsahom výstupu. Medzi bežné analógové obvody patria oscilátory a zosilňovače. Obvody, ktoré vytvárajú rozhranie alebo prekladajú medzi analógovými obvodmi a digitálnymi obvodmi, sú známe ako obvody so zmiešaným signálom.

Výhody polovodičových zariadení

Pretože polovodičové súčiastky neobsahujú vlákna, nie je na ich zahrievanie potrebná energia, ktorá by spôsobovala emisiu elektrónov.
Pretože nie je potrebné žiadne kúrenie, polovodičové prístroje sa uvedú do prevádzky hneď po zapnutí obvodu.
Počas prevádzky polovodičové zariadenia neprodukujú žiadny šum.
Polovodičové zariadenia vyžadujú v porovnaní s vákuovými elektrónkami prevádzku s nízkym napätím.
Vďaka svojim malým rozmerom sú obvody s polovodičovými prvkami veľmi kompaktné.
Polovodičové zariadenia sú odolné proti nárazom.
Polovodičové zariadenia sú v porovnaní s elektrónkami lacnejšie.
Polovodičové zariadenia majú takmer neobmedzenú životnosť.
Pretože v polovodičových zariadeniach nemusí byť vytvárané vákuum, nemajú problémy so zhoršovaním vákua.

Nevýhody polovodičových zariadení

Úroveň hluku je v polovodičových zariadeniach vyššia ako v prípade vákuových trubíc.
Bežné polovodičové zariadenia nedokážu zvládnuť toľko energie, koľko dokážu bežné vákuové trubice.
Vo vysokofrekvenčnom rozsahu majú slabú odozvu.

Jedná sa teda o rôzne typy polovodičových zariadení, ktoré zahŕňajú dva terminály, tri terminály a štyri terminálne zariadenia. Dúfame, že ste tomuto konceptu lepšie porozumeli. Okrem toho akékoľvek pochybnosti týkajúce sa tohto konceptu alebo elektrických a elektronických projektov, prosím, poskytnite svoju spätnú väzbu komentárom v sekcii komentárov nižšie. Tu je otázka, aké sú použitia polovodičových zariadení?

Fotografické úvery: