Dispozitive și circuite semiconductoare, aplicații

Dispozitive și circuite semiconductoare, aplicații

Dispozitivul semiconductor este alcătuit dintr-un material care nu este nici un bun conductor, nici un bun izolator, se numește semiconductor. Astfel de dispozitive au stabilit aplicații largi datorită fiabilității, compactității și costului redus. Acestea sunt componente discrete care sunt utilizate în dispozitive de putere, senzori optici de compactitate și emițătoare de lumină, inclusiv lasere în stare solidă. Au o gamă largă de capacități de manipulare a curentului și tensiunii, cu curenți nominali mai mari de 5.000 amperi și tensiuni nominale mai mari de 100.000 volți. Mai important, dispozitive semiconductoare se pretează la integrarea în circuite microelectronice complexe, dar ușor de construit. Ei au viitor probabil, elementele cheie ale majorității sistemelor electronice, inclusiv comunicații cu echipamente de prelucrare a datelor, consumatori și control industrial.



Ce sunt dispozitivele semiconductoare?

Dispozitivele semiconductoare nu sunt altceva decât componente electronice care exploatează proprietățile electronice ale materialelor semiconductoare, cum ar fi siliciu, germaniu și arsenidă de galiu, precum și semiconductori organici. Dispozitivele semiconductoare au înlocuit tuburile de vid în multe aplicații. Folosesc conducerea electronică în stare solidă spre deosebire de emisia termionică într-un vid ridicat. Dispozitivele semiconductoare sunt fabricate atât pentru dispozitive discrete, cât și pentru circuite integrate , care constau din de la câteva la miliarde de dispozitive fabricate și interconectate pe un singur substrat semiconductor sau placă.


Dispozitive semiconductoare

Dispozitive semiconductoare





Materialele semiconductoare sunt utile prin comportamentul lor, care poate fi ușor manipulat prin adăugarea de impurități, cunoscut sub numele de dopaj. Conductivitatea semiconductoarelor poate fi controlată de câmpul electric sau magnetic, prin expunerea la lumină sau căldură sau prin deformarea mecanică a unei rețele mono cristaline dopate astfel, semiconductorii pot realiza senzori excelenți. Conducerea curentă într-un semiconductor are loc fără electroni și găuri, cunoscute în mod colectiv ca purtători de încărcare. Dopajul siliciului se face prin adăugarea unei cantități mici de atomi de impuritate și, de asemenea, pentru fosfor sau bor, crește semnificativ numărul de electroni sau găuri din semiconductor.

Când un semiconductor dopat conține găuri în exces se numește semiconductor „de tip p” (pozitiv pentru găuri), iar când conține un exces de electroni liberi, este cunoscut sub numele de semiconductor de tip „n” (negativ pentru electroni). semn de taxă al majorității operatorilor de încărcare a telefoniei mobile. Joncțiunile care s-au format în cazul în care semiconductorii de tip n și p sunt uniți între ei se numește joncțiune p-n.



Diodă

Un semiconductor dioda este un dispozitiv formată de obicei dintr-o singură joncțiune p-n. Joncțiunea unui semiconductor de tip p și de tip n formează o regiune de epuizare în care conducerea curentă este rezervată de lipsa purtătorilor de încărcare mobili. Când dispozitivul este polarizat înainte, această regiune de epuizare este redusă, permițând o conducție semnificativă, când dioda este polarizată invers, se poate obține doar curentul mai mic și regiunea de epuizare poate fi extinsă. Expunerea unui semiconductor la lumină poate produce perechi de găuri de electroni, ceea ce crește numărul de purtători liberi și, prin urmare, conductivitatea. Diodele optimizate pentru a profita de acest fenomen sunt cunoscute sub numele de fotodiode. Diodele semiconductoare compuse sunt, de asemenea, utilizate pentru a genera lumină, diode emițătoare de lumină și diode laser.

Diodă

Diodă

Tranzistor

Tranzistoare de joncțiune bipolare sunt formate din două joncțiuni p-n, fie în configurație p-n-p, fie n-p-n. Regiunea dintre mijloc sau bază, între joncțiuni, este de obicei foarte îngustă. Celelalte regiuni și terminalele conexe ale acestora sunt cunoscute sub numele de emițător și colector. Un curent mic injectat prin joncțiunea dintre bază și emițător schimbă proprietățile joncțiunii colectorului de bază, astfel încât să poată fi condus curent, chiar dacă este polarizat invers. Acest lucru creează un curent mai mare între colector și emițător și controlat de curentul de bază-emițător.


Tranzistor

Tranzistor

Un alt tip de tranzistor numit tranzistor cu efect de câmp , funcționează pe principiul că conductivitatea semiconductoarelor poate crește sau scădea prin prezența unui câmp electric. Un câmp electric poate crește numărul de electroni și găuri dintr-un semiconductor, schimbându-și astfel conductivitatea. Câmpul electric poate fi aplicat printr-o joncțiune p-n polarizată invers și formează un tranzistor cu efect de câmp de joncțiune (JFET) sau printr-un electrod izolat din materialul vrac de un strat de oxid și formează un tranzistor cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal (MOSFET).

Acum este cea mai folosită zi în MOSFET, un dispozitiv în stare solidă și dispozitive semiconductoare. Electrodul de poartă este încărcat pentru a produce un câmp electric care poate controla conductivitatea unui „canal” între două terminale, se numește sursă și drenaj. În funcție de tipul de purtător din canal, dispozitivul poate fi MOSFET cu canal n (pentru electroni) sau canal p (pentru găuri).

Materiale pentru dispozitive semiconductoare

Siliciul (Si) este cel mai utilizat material la dispozitivele semiconductoare. Are un cost mai scăzut al materiei prime și un proces relativ simplu. Gama sa de temperatură utilă îl face în prezent cel mai bun compromis dintre diferitele materiale concurente. Siliciul utilizat la fabricarea dispozitivelor semiconductoare este fabricat în prezent în boluri cu un diametru suficient de mare pentru a permite fabricarea de napolitane de 300 mm (12 in.).

Germaniul (Ge) a fost utilizat pe scară largă în materialele semiconductoare timpurii, dar sensibilitatea sa termică face mai puțin utilă decât siliciul. În zilele noastre, germaniu este adesea aliat cu siliciu (Si) pentru utilizare în dispozitive SiGe de mare viteză IBM este principalul producător de astfel de dispozitive.

Arsenidul de galiu (GaAs) este, de asemenea, utilizat pe scară largă cu dispozitivele de mare viteză, dar până în prezent a fost dificil să se formeze boluri cu acest diametru mare, limitând dimensiunile diametrului napolitane semnificativ mai mici decât napolitanele de siliciu, făcând astfel producția în masă de arsenidă de galiu (GaAs) dispozitive semnificativ mai scumpe decât siliciu.

Lista dispozitivelor semiconductoare comune

Lista dispozitivelor semiconductoare comune include în principal două terminale, trei terminale și patru dispozitive terminale.

Dispozitive semiconductoare comune

Dispozitive semiconductoare comune

Dispozitivele cu două terminale sunt

  • Diodă (diodă redresoare)
  • Diodă Gunn
  • Diodele IMPACT
  • Diodă laser
  • diodă Zener
  • Diodă Schottky
  • Diodă PIN
  • Diodă tunel
  • Diodă emițătoare de lumină (LED)
  • Foto tranzistor
  • Fotocelulă
  • Celula solara
  • Diodă de suprimare a tensiunii tranzitorii
  • VCSEL

Dispozitivele cu trei terminale sunt

Dispozitivele cu patru terminale sunt

  • Cuplaj foto (optocuplator)
  • Senzor de efect Hall (senzor de câmp magnetic)

Aplicații pentru dispozitive semiconductoare

Toate tipurile de tranzistoare pot fi utilizate ca blocuri de porți logice , care este util pentru proiectarea circuitelor digitale. În circuitele digitale, cum ar fi microprocesoarele, tranzistoarele, care acționează ca un comutator (on-off) în MOSFET, de exemplu, tensiunea aplicată porții determină dacă comutatorul este pornit sau oprit.

Tranzistoarele sunt utilizate pentru ca circuitele analogice să nu acționeze ca întrerupătoare (on-off) relativ, ele răspund la un interval continuu de intrare cu un interval continuu de ieșire. Circuitele analogice comune includ oscilatoare și amplificatoare. Circuitele care interfață sau se traduc între circuite analogice și circuite digitale sunt cunoscute sub numele de circuite cu semnal mixt.

Avantajele dispozitivelor semiconductoare

  • Deoarece dispozitivele semiconductoare nu au filamente, prin urmare nu este necesară nicio putere pentru a le încălzi pentru a provoca emisia de electroni.
  • Deoarece nu este necesară încălzirea, dispozitivele semiconductoare sunt puse în funcțiune imediat ce circuitul este pornit.
  • În timpul funcționării, dispozitivele semiconductoare nu produc zgomote.
  • Dispozitivele semiconductoare necesită funcționare de joasă tensiune în comparație cu tuburile de vid.
  • Datorită dimensiunilor lor mici, circuitele care implică dispozitive semiconductoare sunt foarte compacte.
  • Dispozitivele semiconductoare sunt rezistente la șocuri.
  • Dispozitivele semiconductoare sunt mai ieftine în comparație cu tuburile de vid.
  • Dispozitivele semiconductoare au o viață aproape nelimitată.
  • Deoarece nu trebuie creat niciun vid în dispozitivele semiconductoare, acestea nu au probleme de deteriorare a vidului.

Dezavantaje ale dispozitivelor semiconductoare

  • Nivelul de zgomot este mai mare la dispozitivele semiconductoare comparativ cu cel din tuburile de vid.
  • Dispozitivele semiconductoare obișnuite nu pot suporta la fel de multă putere ca și tuburile de vid obișnuite.
  • În gama de frecvență înaltă, au un răspuns slab.

Astfel, este vorba despre diferite tipuri de dispozitive semiconductoare care includ două terminale, trei terminale și patru dispozitive terminale. Sperăm că ați înțeles mai bine acest concept. Mai mult, orice îndoieli cu privire la acest concept sau la proiectele electrice și electronice, vă rugăm să oferiți feedback comentând în secțiunea de comentarii de mai jos. Iată o întrebare pentru dvs., care sunt aplicațiile dispozitivelor semiconductoare?

Credite foto: