SEMICONDUCTORI: TIPURI, APLICAȚII ȘI EXEMPLE - DUDAS

Cele Semiconductorii sunt elemente care îndeplinesc funcția de conductor selectiv sau izolator, în funcție de condițiile externe , la care sunt supuse, cum ar fi temperatura, presiunea, radiații și câmpuri electrice sau magnetice.

În tabelul periodic sunt prezente 14 elemente semiconductoare, printre care se numără siliciu, germaniu, seleniu, cadmiu, aluminiu, galiu, bor, indiu și carbon. Semiconductorii sunt solide cristaline cu o conductivitate electrică medie, astfel încât pot fi utilizate în mod dual ca conductor și izolator.

Dacă sunt utilizate ca conductori, în anumite condiții, acestea permit circulația curentului electric, dar numai într-o singură direcție. În plus, acestea nu au o conductivitate la fel de mare ca metalele conductoare.

Semiconductorii sunt folosiți în aplicații electronice, în special pentru fabricarea de componente precum tranzistoare, diode și circuite integrate. De asemenea, sunt utilizate ca accesorii sau completări pentru senzori optici, cum ar fi laserele în stare solidă și unele dispozitive de alimentare pentru sistemele de transmisie a energiei electrice.

În prezent, acest tip de element este utilizat pentru dezvoltarea tehnologică în domeniul telecomunicațiilor, sistemelor de control și procesării semnalelor, atât în aplicații interne cât și industriale.

Tipuri

Există diferite tipuri de materiale semiconductoare, în funcție de impuritățile pe care le prezintă și de răspunsul lor fizic la stimuli de mediu diferiți.

Semiconductori intrinseci

Sunt acele elemente a căror structură moleculară este formată dintr-un singur tip de atom. Printre aceste tipuri de semiconductori intrinseci se numără silico și germaniu.

Structura moleculară a semiconductorilor intrinseci este tetraedrică; adică are legături covalente între patru atomi înconjurați, așa cum este prezentat în imaginea de mai jos.

Fiecare atom al unui semiconductor intrinsec are 4 electroni de valență; adică 4 electroni care orbitează în carcasa cea mai exterioară a fiecărui atom. La rândul său, fiecare dintre acești electroni formează legături cu electronii adiacenți.

În acest fel, fiecare atom are 8 electroni în stratul său cel mai superficial, formând astfel o legătură solidă între electroni și atomii care alcătuiesc rețeaua de cristal.

Datorită acestei configurații, electronii nu se mișcă ușor în structură. Astfel, în condiții standard, semiconductorii intrinseci se comportă ca un izolator.

Cu toate acestea, conductivitatea semiconductorului intrinsec crește ori de câte ori temperatura crește, deoarece unii electroni de valență absorb energia termică și se separă de legături.

Acești electroni devin electroni liberi și, dacă sunt direcționați în mod corespunzător de o diferență de potențial electric, pot contribui la curgerea curentului în rețeaua de cristal.

În acest caz, electronii liberi sar în banda de conducere și merg la polul pozitiv al sursei potențiale (o baterie, de exemplu).

Mișcarea electronilor de valență induce un vid în structura moleculară, ceea ce se traduce într-un efect similar cu cel produs de o sarcină pozitivă în sistem, motiv pentru care sunt considerați ca purtători de sarcină pozitivă.

Apoi, apare un efect invers, deoarece unii electroni pot cădea de la banda de conducție la coaja valenței, eliberând energie în proces, care se numește recombinare.

Semiconductori extrinseci

Se conformează prin includerea impurităților în conductoarele intrinseci; adică prin încorporarea unor elemente trivalente sau pentavalente.

Acest proces este cunoscut sub numele de dopaj și scopul său este de a crește conductivitatea materialelor, de a îmbunătăți proprietățile fizice și electrice ale acestora.

Prin substituirea unui atom de semiconductor intrinsec cu un atom al altei componente, se pot obține două tipuri de semiconductori extrinseci, care sunt detaliate mai jos.

Semiconductor de tip P

În acest caz, impuritatea este un element semiconductor trivalent; adică cu trei (3) electroni în carcasa sa de valență.

Elementele intruzive din structură se numesc elemente dopante. Exemple de aceste elemente pentru semiconductori de tip P sunt borul (B), galiul (Ga) sau indiul (In).

Lipsând un electron de valență pentru a forma cele patru legături covalente ale unui semiconductor intrinsec, semiconductorul de tip P are un decalaj în legătura lipsă.

Aceasta face trecerea electronilor care nu aparțin rețelelor cristaline prin această gaură care poartă o încărcare pozitivă.

Datorită încărcării pozitive a decalajului de legătură, aceste tipuri de conductori sunt desemnați cu litera „P” și, în consecință, sunt recunoscuți ca acceptori de electroni.

Fluxul de electroni prin găurile din legătură produce un curent electric care circulă în direcția opusă curentului derivat din electronii liberi.

N semiconductor de tip N

Elementul intrusiv în configurație este dat de elemente pentavalente; adică cei care au cinci (5) electroni în banda de valență.

În acest caz, impuritățile care sunt încorporate în semiconductorul intrinsec sunt elemente precum fosforul (P), antimoniu (Sb) sau arsenic (As).

Dopanții au un electron de valență suplimentar care, neavând nicio legătură covalentă la care se leagă, este liber să se deplaseze automat prin rețeaua de cristal.

Aici, curentul electric circulă prin material datorită surplusului de electroni liberi furnizați de dopant. Prin urmare, semiconductorii de tip N sunt considerați donatori de electroni.

caracteristici

Semiconductorii se caracterizează prin dubla lor funcționalitate, eficiența energetică, diversitatea aplicațiilor și costul redus. Caracteristicile importante ale semiconductorilor sunt detaliate mai jos.

- Răspunsul său (conductor sau izolant) poate varia în funcție de sensibilitatea elementului la iluminare, câmpuri electrice și câmpuri magnetice din mediu.

- Dacă semiconductorul este supus unei temperaturi scăzute, electronii vor rămâne uniți în banda de valență și, prin urmare, nu vor apărea electroni liberi pentru circulația curentului electric.

Pe de altă parte, dacă semiconductorul este expus la temperaturi ridicate, vibrațiile termice pot afecta rezistența legăturilor covalente ale atomilor elementului, lăsând electroni liberi pentru conducere electrică.

- Conductivitatea semiconductorilor variază în funcție de proporția de impurități sau elemente de dopaj dintr-un semiconductor intrinsec.

De exemplu, dacă 10 atomi de bor sunt incluși într-un milion de atomi de siliciu, acel raport mărește conductivitatea compusului de o mie de ori, în comparație cu conductivitatea silicului pur.

- Conductivitatea semiconductorilor variază într-un interval între 1 și 10 ^-6 S.cm ^-1 , în funcție de tipul elementului chimic utilizat.

- Semiconductorii compoziti sau extrinseci pot avea proprietăți optice și electrice considerabil superioare proprietăților semiconductorilor intrinseci.Un exemplu în acest sens este arsenidul de galiu (GaAs), utilizat în principal în frecvența radio și alte utilizări ale aplicațiilor optoelectronice.

Aplicații

Semiconductorii sunt utilizați pe scară largă ca materie primă în ansamblul elementelor electronice care fac parte din viața noastră de zi cu zi, cum ar fi circuitele integrate.

Unul dintre elementele principale ale unui circuit integrat sunt tranzistoarele. Aceste dispozitive îndeplinesc funcția de a furniza un semnal de ieșire (oscilator, amplificat sau rectificat) în funcție de un semnal de intrare specific.

În plus, semiconductorii sunt, de asemenea, materialul principal pentru diodele utilizate în circuitele electronice pentru a permite curentului electric să treacă într-o singură direcție.

Pentru proiectarea diodei, se formează joncțiuni semiconductoare extrinsice de tip P și N. Prin alternarea elementelor donatoare și purtătoare de electroni, un mecanism de echilibrare este activat între ambele zone.

Astfel, electronii și găurile din ambele zone se intersectează și se completează reciproc acolo unde este necesar. Aceasta are loc în două moduri:

- Transferul electronilor din zona de tip N. în zona P. Se produce zona de tip N obține o zonă de încărcare predominant pozitivă.

- Există o trecere a găurilor portante de electroni din zona de tip P la zona de tip N. Zona de tip P dobândește o sarcină predominant negativă.

În cele din urmă, se formează un câmp electric care induce circulația curentului într-o singură direcție; adică din zona N până la zona P.

În plus, folosind combinații de semiconductori intrinseci și extrinseci, puteți produce dispozitive care îndeplinesc funcții similare unui tub de vid care conține de sute de ori volumul său.

Acest tip de aplicație se aplică circuitelor integrate, cum ar fi cipurile cu microprocesor care acoperă o cantitate considerabilă de energie electrică.

Semiconductorii sunt prezenți în dispozitivele electronice pe care le folosim în viața noastră de zi cu zi, cum ar fi echipamentele de linie brună, cum ar fi televizoare, playere video, echipamente de sunet; calculatoare și telefoane mobile.

Exemple

Cel mai utilizat semiconductor în industria electronică este siliconul (Si). Acest material este prezent în dispozitivele care compun circuitele integrate care fac parte din viața noastră de zi cu zi.

Aliajele de siliciu germaniu (SiGe) sunt utilizate în circuite integrate de mare viteză pentru radare și amplificatoare de instrumente electrice, cum ar fi chitare electrice.

Un alt exemplu de semiconductor este arsenidul de galiu (GaAs), utilizat pe scară largă în amplificatoarele de semnal, în special pentru semnalele cu câștig ridicat și nivel scăzut de zgomot.

Referințe

Brian, M. (nd). Cum funcționează semiconductorii. Recuperat de la: electronics.howstuffworks.com
Landin, P. (2014). Semiconductori intrinseci și extrinseci. Recuperat de la: pelandintecno.blogspot.com
Rouse, M. (nd). Semiconductor. Recuperat de la: whatis.techtarget.com
Semiconductor (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Londra, Marea Britanie. Recuperat de la: britannica.com
Wikipedia, Enciclopedia gratuită (2018). Semiconductor. Recuperat de la: es.wikipedia.org

SEMICONDUCTORI: TIPURI, APLICAȚII ȘI EXEMPLE - DUDAS - 2025