Półprzewodniki

Półprzewodnik to materiał, który w niektórych przypadkach będzie przewodził prąd, ale w innych nie. Dobre przewodniki elektryczne, takie jak miedziane czy srebrne, z łatwością pozwalają na przepływ prądu elektrycznego. Materiały, które blokują przepływ prądu elektrycznego, takie jak guma czy plastik, nazywane są izolatorami. Izolatory są często stosowane w celu ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym. Jak sama nazwa wskazuje, półprzewodnik nie przewodzi tak dobrze jak przewodnik. Najczęściej stosowanym półprzewodnikiem jest silikon, ale stosuje się również arsenek galu.

Poprzez dodanie różnych atomów do sieci krystalicznej (siatki) półprzewodnika zmienia jego przewodnictwo, tworząc półprzewodniki typu n i p. Krzem jest najważniejszym komercyjnym półprzewodnikiem, choć używa się wielu innych. Mogą być one wykonane w tranzystorach, które są małymi wzmacniaczami. Tranzystory są stosowane w komputerach, telefonach komórkowych, cyfrowych odtwarzaczach audio i wielu innych urządzeniach elektronicznych.

Podobnie jak inne ciała stałe, elektrony w półprzewodnikach mogą posiadać energie tylko w pewnych pasmach (tj. zakresach poziomów energii) pomiędzy energią stanu gruntu, odpowiadającą elektronom ściśle związanym z jądrami atomowymi materiału, a swobodną energią elektronów, która jest energią potrzebną do tego, aby elektron całkowicie uciekł z materiału.

Podzespoły elektroniczne oparte na półprzewodnikachZoom
Podzespoły elektroniczne oparte na półprzewodnikach

Historia

Półprzewodniki badano w laboratoriach już w latach trzydziestych XIX wieku. W 1833 r. Michael Faraday eksperymentował z siarczkiem srebra. Odkrył, że gdy materiał był podgrzewany, lepiej przewodził prąd. To było przeciwieństwo tego, jak działała miedź. Kiedy miedź jest podgrzewana, przewodzi mniej elektryczności. Wielu innych wczesnych eksperymentatorów odkryło inne właściwości półprzewodników. W 1947 roku w Bell Labs w New Jersey wynaleziono tranzystor. Doprowadziło to do rozwoju układów scalonych, które zasilają obecnie prawie wszystkie urządzenia elektroniczne.

Półprzewodnikowa-dopingZoom
Półprzewodnikowa-doping

Doping

Doping jest procesem polegającym na dodaniu niewielkiego zanieczyszczenia do czystego półprzewodnika w celu zmiany jego właściwości elektrycznych. Lekko i umiarkowanie domieszkowane półprzewodniki nazywane są zewnętrznymi. Półprzewodnik domieszkowany do tak wysokiego poziomu, że zachowuje się bardziej jak przewodnik niż półprzewodnik, jest określany jako zdegenerowany. Większość półprzewodników jest wykonana z kryształów krzemu. Czysty krzem ma niewielkie zastosowanie, ale krzem domieszkowany jest podstawą dla większości półprzewodników. Dolina Krzemowa została nazwana dla dużej liczby firm rozpoczynających działalność w branży półprzewodnikowej, które miały tam swoją siedzibę.

Półprzewodniki dzisiaj

Dziś półprzewodniki są używane daleko i szeroko. Półprzewodniki można znaleźć w prawie każdym urządzeniu elektronicznym. Komputery stacjonarne, Internet, urządzenia tabletowe, smartfony - wszystko to nie byłoby możliwe bez półprzewodników. Półprzewodniki mogą być wykonane w bardzo precyzyjne przełączniki z małą ilością napięcia. Napięcie, którego półprzewodnik nie potrzebuje, może być wysyłane do innych elementów elektrycznych w urządzeniu. Półprzewodniki mogą być również wykonane bardzo małe i wiele z nich może zmieścić się w dość małym obwodzie. Ponieważ mogą one być wykonane tak małe, urządzenia elektryczne mogą być dziś cienkie i lekkie bez utraty mocy przetwarzania. Niektóre z dominujących firm w branży półprzewodnikowej to Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm i Micron Technology.

Powiązane strony

Pytania i odpowiedzi

P: Co to jest półprzewodnik?


O: Półprzewodnik to materiał, który w niektórych przypadkach przewodzi prąd, a w innych nie. Nie przewodzi on tak dobrze jak dobre przewodniki elektryczne, takie jak miedź czy srebro, i nie blokuje przepływu prądu jak izolatory, takie jak guma czy plastik.

P: Co to są półprzewodniki typu n i typu p?


O: Półprzewodniki typu N i typu p powstają przez dodanie różnych atomów do sieci krystalicznej (siatki) półprzewodnika, co zmienia jego przewodnictwo.

P: Do czego wykorzystywany jest krzem?


O: Krzem jest najważniejszym półprzewodnikiem handlowym i można z niego zrobić tranzystory, czyli małe wzmacniacze stosowane w komputerach, telefonach komórkowych, cyfrowych odtwarzaczach audio i wielu innych urządzeniach elektronicznych.

P: Jakie inne materiały są stosowane jako półprzewodniki?


O: Oprócz krzemu, jako półprzewodnik stosuje się również arsenek galu.

P: Jak zachowują się elektrony w materiale stałym?


O: Elektrony w materiałach stałych mogą mieć energie tylko w pewnych pasmach (tj. zakresach poziomów energetycznych) pomiędzy energią stanu podstawowego, odpowiadającego elektronom ściśle związanym z jądrami atomowymi materiału, a energią swobodnego elektronu, która jest energią wymaganą do całkowitej ucieczki elektronu z materiału.

P: Dlaczego izolatory są często używane do ochrony ludzi przed porażeniem prądem?


O: Izolatory blokują przepływ prądu elektrycznego, więc mogą być stosowane do ochrony ludzi przed porażeniem prądem elektrycznym poprzez uniemożliwienie przepływu przez nie prądu elektrycznego.

P: Jak działają tranzystory?


O: Tranzystory działają jak małe wzmacniacze, które pobierają sygnał wejściowy i wzmacniają go, a następnie wysyłają na zewnątrz na poziomie wyższym niż pierwotnie wprowadzony.

AlegsaOnline.com - 2020 / 2023 - License CC3