Pusvadītāju ierīci veido materiāls, kas nav ne labs vadītājs, ne labs izolators, to sauc par pusvadītāju. Šādas ierīces ir plaši izmantotas to uzticamības, kompaktuma un zemo izmaksu dēļ. Tie ir atsevišķi komponenti, kurus izmanto barošanas ierīcēs, kompaktos optiskajos sensoros un gaismas izstarotājos, ieskaitot cietvielu lāzerus. Viņiem ir plašs strāvas un sprieguma apstrādes iespēju klāsts, kuru strāvas stiprums pārsniedz 5000 ampērus un spriegums pārsniedz 100 000 voltu. Vēl svarīgāk, pusvadītāju ierīces var integrēties sarežģītās, bet viegli izveidojamās mikroelektroniskās ķēdēs. Viņiem ir iespējama nākotne, kas ir galvenie elementi lielākajai daļai elektronisko sistēmu, tostarp sakari ar datu apstrādes, patērētāju un rūpniecības kontroles iekārtām.

Kas ir pusvadītāju ierīces?

Pusvadītāju ierīces nav nekas cits kā elektroniskās sastāvdaļas kas izmanto pusvadītāju materiālu, piemēram, silīcija, germānija un gallija arsenīda, kā arī organisko pusvadītāju elektroniskās īpašības. Pusvadītāju ierīces daudzās lietojumprogrammās ir aizstājušas vakuuma caurules. Viņi izmanto elektronisko vadīšanu cietā stāvoklī, atšķirībā no termioniskās emisijas lielā vakuumā. Pusvadītāju ierīces tiek ražotas gan diskrētām ierīcēm, gan integrētās shēmas , kas sastāv no dažiem līdz miljardiem ierīču, kas ražotas un savstarpēji savienotas uz viena pusvadītāja pamatnes vai plāksnes.

Pusvadītāju ierīces

Pusvadītāju materiāli ir noderīgi pēc to uzvedības, ar kuriem var viegli manipulēt, pievienojot piemaisījumus, sauc par dopingu. Pusvadītāju vadītspēju var kontrolēt ar elektrisko vai magnētisko lauku, pakļaujot gaismai vai siltumam, vai ar leģētu monokristāliskā režģa mehānisko deformāciju, tādējādi pusvadītāji var radīt izcilus sensorus. Strāvas vadīšana pusvadītājā notiek bez elektroniem un caurumiem, ko kopā sauc par lādiņu nesējiem. Silīcija dopings tiek veikts, pievienojot nelielu daudzumu piemaisījumu atomu, kā arī fosforam vai boram, tas ievērojami palielina elektronu vai caurumu skaitu pusvadītājā.

Ja leģētā pusvadītājā ir pārmērīgas atveres, to sauc par “p-veida” (pozitīvs caurumiem) pusvadītāju un, ja tas satur nedaudz brīvo elektronu, tas ir pazīstams kā “n-veida” (negatīvs elektroniem) pusvadītājs. vairākuma mobilo sakaru operatoru maksas zīme. Krustojumus, kas izveidojās, kad n-veida un p-veida pusvadītāji ir savienoti kopā, sauc par p – n-krustojumu.

Diode

Pusvadītājs diode ir ierīce parasti sastāv no viena p-n savienojuma. P-veida un n-veida pusvadītāja krustojums veido noplicināšanas reģionu, kur strāvas vadīšanu rezervē mobilo lādiņu nesēju trūkums. Kad ierīce ir novirzīta uz priekšu, šis iztukšošanas reģions tiek samazināts, ļaujot panākt ievērojamu vadītspēju, kad diodei ir pretēja neobjektivitāte, var panākt tikai mazāk strāvas un pagarināt noplūdes reģionu. Pusvadītāja pakļaušana gaismai var radīt elektronu caurumu pārus, kas palielina brīvo nesēju skaitu un līdz ar to arī vadītspēju. Diodes, kas optimizētas, lai izmantotu šo parādību, ir pazīstamas kā fotodiodes. Saliktās pusvadītāju diodes tiek izmantotas arī gaismas, gaismas diodes un lāzera diodes ģenerēšanai.

Diode

Tranzistors

Bipolāri savienojuma tranzistori veido divi p-n savienojumi, vai nu p-n-p, vai n-p-n konfigurācijā. Vidusdaļa vai pamatne, reģions starp krustojumiem parasti ir ļoti šaurs. Pārējie reģioni un ar tiem saistītie termināļi ir pazīstami kā izstarotāji un savācēji. Neliela strāva, kas ievadīta caur krustojumu starp pamatni un izstarotāju, maina bāzes kolektora krustojuma īpašības, lai tā varētu vadīt strāvu, pat ja tā ir pretēja. Tas rada lielāku strāvu starp kolektoru un izstarotāju, un to kontrolē bāzes-izstarotāja strāva.

Tranzistors

Cits tranzistoru veids, ko sauc par lauka tranzistors , tas darbojas pēc principa, ka pusvadītāju vadītspēju var palielināt vai samazināt elektriskā lauka klātbūtne. Elektriskais lauks var palielināt elektronu un caurumu skaitu pusvadītājā, tādējādi mainot tā vadītspēju. Elektrisko lauku var iedarbināt ar apgrieztās slodzes p-n krustojumu, un tas veido krustojuma lauka tranzistoru (JFET) vai elektrodu, ko no masveida materiāla izolē oksīda slānis, un tas veido metāla oksīda pusvadītāju lauka tranzistors (MOSFET).

“kā vienkāršot summu veidošanu ”

Tagad dienu visbiežāk izmanto MOSFET, cietvielu ierīcēs un pusvadītāju ierīcēs. Vārtu elektrodu uzlādē, lai radītu elektrisko lauku, kas var kontrolēt “kanāla” vadītspēju starp diviem spailēm, sauc par avotu un noteci. Atkarībā no kanāla nesēja veida ierīce var būt n-kanāla (elektroniem) vai p-kanāla (caurumiem) MOSFET.

Pusvadītāju ierīču materiāli

Silīcijs (Si) ir visizplatītākais materiāls pusvadītāju ierīcēs. Tam ir zemākas izejvielu izmaksas un salīdzinoši vienkāršs process. Tā lietderīgais temperatūras diapazons padara to par labāko kompromisu starp dažādiem konkurējošajiem materiāliem. Silīcija, ko izmanto pusvadītāju ierīču ražošanā, pašlaik tiek izgatavots bļodās, kuru diametrs ir pietiekami liels, lai varētu izgatavot 300 mm (12 collu) plāksnes.

Ģermānijs (Ge) tika plaši izmantots agrīnā pusvadītāju materiālā, taču tā siltuma jutība padara mazāk noderīgu nekā silīcijs. Mūsdienās ģermāniju bieži leģē ar (Si) silīciju, lai to izmantotu ļoti ātrgaitas SiGe ierīcēs. IBM ir galvenais šādu ierīču ražotājs.

Galija arsenīds (GaAs) tiek plaši izmantots arī ar ātrgaitas ierīcēm, taču līdz šim ir bijis grūti veidot liela diametra bļodas no šī materiāla, ierobežojot vafeļu diametra izmērus, kas ir ievērojami mazāki nekā silīcija vafeles, tādējādi padarot Gallium arsenīda masveida ražošanu (GaAs) ierīces ir ievērojami dārgākas nekā silīcijs.

Parasto pusvadītāju ierīču saraksts

Parasto pusvadītāju ierīču sarakstā galvenokārt ir divi termināli, trīs termināli un četras termināla ierīces.

“kā darbojas vfd disks ”

Parastās pusvadītāju ierīces

Divu termināļu ierīces ir

Diode (taisngrieža diode)
Gunna diode
IETEKMES diodes
Lāzera diode
Zenera diode
Šotka diode
PIN diode
Tuneļa diode
Gaismas diode (LED)
Foto tranzistors
Fotoelements
Saules baterija
Pārejoša sprieguma slāpēšanas diode
VCSEL

Trīs termināļu ierīces ir

Bipolārais tranzistors
Lauka efekta tranzistors
Darlingtona tranzistors
Izolēto vārtu bipolārais tranzistors (IGBT)
Savienojuma tranzistors
Silīcija vadīts taisngriezis
Tiristors
TRIAC

Četru termināļu ierīces ir

Foto savienotājs (Optocoupler)
Hall efekta sensors (magnētiskā lauka sensors)

Pusvadītāju ierīču lietojumi

Visu veidu tranzistorus var izmantot kā loģisko vārtu celtniecības bloki , kas ir noderīga digitālo shēmu projektēšanai. Piemēram, digitālajās shēmās, piemēram, mikroprocesoros, tranzistoros, kas darbojas kā MOSFET kā slēdzis (ieslēgšana / izslēgšana), vārtiem pieliktais spriegums nosaka, vai slēdzis ir ieslēgts vai izslēgts.

Transistori, kurus izmanto analogajām shēmām, relatīvi nedarbojas kā slēdži (ieslēgšanas / izslēgšanas), tie reaģē uz nepārtrauktu ievades diapazonu ar nepārtrauktu izejas diapazonu. Parastās analogās shēmas ietver oscilatorus un pastiprinātājus. Ķēdes, kas saskaras vai pārveido starp analogajām ķēdēm un digitālajām shēmām, ir pazīstamas kā jauktā signāla shēmas.

Pusvadītāju ierīču priekšrocības

Tā kā pusvadītāju ierīcēs nav pavedienu, tāpēc to sildīšanai nav nepieciešama enerģija, lai izraisītu elektronu emisiju.
Tā kā apkure nav nepieciešama, pusvadītāju ierīces tiek iedarbinātas, tiklīdz ķēde ir ieslēgta.
Darbības laikā pusvadītāju ierīces nerada troksni.
Pusvadītāju ierīcēm, salīdzinot ar vakuuma caurulēm, nepieciešama zema sprieguma darbība.
Mazo izmēru dēļ ķēdes ar pusvadītāju ierīcēm ir ļoti kompaktas.
Pusvadītāju ierīces ir izturīgas pret triecieniem.
Pusvadītāju ierīces ir lētākas, salīdzinot ar vakuuma caurulēm.
Pusvadītāju ierīcēm ir gandrīz neierobežots mūžs.
Tā kā pusvadītāju ierīcēs nav jāveido vakuums, tām nav vakuuma pasliktināšanās problēmu.

Pusvadītāju ierīču trūkumi

Pusvadītāju ierīcēs trokšņa līmenis ir augstāks nekā vakuuma mēģenēs.
Parastās pusvadītāju ierīces nespēj apstrādāt tik lielu jaudu, cik to spēj parastās vakuuma caurules.
Augstfrekvences diapazonā viņiem ir slikta atbildes reakcija.

Tādējādi tas viss attiecas uz dažāda veida pusvadītāju ierīcēm, kas ietver divus terminālus, trīs terminālus un četras termināla ierīces. Mēs ceram, ka esat labāk izpratis šo koncepciju. Turklāt, ja rodas šaubas par šo koncepciju vai elektriskajiem un elektroniskajiem projektiem, lūdzu, sniedziet atsauksmes, komentējot tālāk komentāru sadaļā. Šeit ir jautājums jums, kādi ir pusvadītāju ierīču pielietojumi?

Foto kredīti: