Полупроводнички основи
Преглед
Модерната технологија е овозможена благодарение на класата на материјали наречени полупроводници. Сите активни компоненти, интегрирани кола, микрочипови, транзистори, како и многу сензори се изградени со полупроводнички материјали. Додека силикон е најшироко користен и најпознат полупроводнички материјал што се користи во електрониката, се користи широк спектар на полупроводникови, вклучувајќи германиум, галиум арсенид, силициум карбид, како и органски полупроводници. Секој материјал носи одредени предности на табелата, како што се цена / перформанси сооднос, голема брзина операција, висока температура, или саканиот одговор на сигнал.
Полупроводници
Она што го прави полупроводниците толку корисно е способноста прецизно да ги контролираат нивните електрични својства и однесување во процесот на производство. Полупроводничките својства се контролираат со додавање на мали количини на нечистотии во полупроводникот преку процес наречен допинг, со различни нечистотии и концентрации кои произведуваат различни ефекти. Со контролирање на допингот, начинот на кој електричната струја се движи низ полупроводник може да се контролира.
Во типичен проводник, како бакар, електроните ја носат струјата и дејствуваат како носител на полнење. Во полупроводниците и електроните и "дупките", отсуството на електрони, делуваат како носители на полнење. Со контролирање на допингот на полупроводникот, спроводливоста и носачот на полнеж можат да бидат скроени за да бидат електрони или дупки.
Постојат два вида допинг, N-тип и P-тип. N-тип на допанати, обично фосфор или арсен, имаат пет електрони, кои кога се додаваат во полупроводник обезбедуваат дополнителен слободен електрон. Бидејќи електроните имаат негативен полнеж, материјал легиран на овој начин се нарекува N-тип. P-тип на допанати, како што се бор и галиум, имаат само три електрони, што резултира со отсуство на електрони во полупроводничкиот кристал, со што се создава дупка или позитивен полнеж, па оттука и името P-тип. И N-тип и P-тип на допанати, дури и во мали количини, ќе направи полупроводник пристоен проводник. Сепак, полупроводниците со N-тип и P-тип не се многу посебни, само пристојни проводници. Меѓутоа, кога ќе ги ставите во контакт еден со друг, формирајќи PN спој, ќе добиете многу различни и многу корисни однесувања.
Диода на спојување на PN
ПН-спој, за разлика од секој материјал одделно, не делува како проводник. Наместо дозволување на струјата да тече во било која насока, PN спојувањето само овозможува струјата да тече во една насока, создавајќи основни диоди. Примена на напонот преку PN спој во напредна насока (напредна пристрасност) им помага на електроните во регионот N-тип да се комбинираат со дупките во регионот P-тип. Обид да се поврати протокот на струја (обратна пристрасност) преку диодата ги присилува електроните и дупките што ја спречуваат струјата да тече низ спојницата. Комбинирањето на PN крстосниците на други начини ги отвора вратите за другите полупроводнички компоненти, како што е транзистор.
Транзистори
Основен транзистор е направен од комбинацијата на спојување на три материјали со N-тип и P-тип, наместо двата што се користат во диодата. Комбинирање на овие материјали дава NPN и PNP транзистори кои се познати како биполарни транзистори или BJTs. Центарот, или база, регионот BJT му овозможува на транзистор да дејствува како прекинувач или засилувач.
Додека NPN и PNP транзисторите може да изгледаат како две диоди поставени назад кон назад, што би ја блокирало целата струја да тече во било која насока. Кога централниот слој е придвижен нанапред, така што мала струја тече низ централниот слој, својствата на диодата формирани со централниот слој се менуваат за да овозможат многу поголема струја да тече низ целиот уред. Ова однесување му дава транзистор на способноста да ги засили малите струи и да дејствува како прекинувач кој вклучува или исклучува тековен извор.
Различни видови на транзистори и други полупроводнички уреди може да се направат со комбинирање на PN спојувања на повеќе начини, од напредни транзистори со специјални функции до контролирани диоди. Следниве се само неколку компоненти направени од внимателни комбинации на PN спојувања.
- DIAC
- Ласерски диоди
- Светодиод (LED)
- Зенер диода
- Дарлингтон транзистор
- Транзистор со ефект на поле, вклучувајќи ги и MOSFETs
- IGBT транзистор
- Силициум контролиран исправувач (SCR)
- Интегрирано коло (ICs)
- Микропроцесор
- Дигитална меморија - RAM и ROM
Сензори
Во прилог на тековната контрола што им овозможува на полупроводниците, тие исто така имаат својства кои прават ефективни сензори. Може да се направат чувствителни на промени во температурата, притисокот и светлината. Промена на отпорноста е најчестиот тип на одговор за полупроводнички сензор. Подолу се наведени неколку типови сензори овозможени со полупроводнички својства.
- Хологен сензор (сензор за магнетно поле)
- Термистор (сензор за отпорност на температура)
- CCD / CMOS (сензор за слика)
- Фотодиода (сензор за светло)
- Фоторезистор (сензор за светло)
- Пьезорезистивни (сензори за притисок / тензија)