Materialien - Einführung

Jeder materialin der Natur hat bestimmte Eigenschaften. Diese Eigenschaften definieren das Verhalten der Materialien. Die Materialwissenschaft ist ein Zweig der Elektronik, der sich mit der Untersuchung des Elektronenflusses in verschiedenen Materialien oder Räumen befasst, wenn diese verschiedenen Bedingungen ausgesetzt sind.

Aufgrund der Vermischung von Atomen in Festkörpern werden anstelle einzelner Energieniveaus Bänder von Energieniveaus gebildet. Diese dicht gepackten Energieniveaus werden als bezeichnetEnergy bands.

Arten von Materialien

Das Energieband, in dem Valenzelektronen vorhanden sind, wird genannt Valence band, während das Band, in dem Leitungselektronen vorhanden sind, genannt wird Conduction band. Die Energielücke zwischen diesen beiden Bändern wird als bezeichnetForbidden energy gap.

Elektronisch werden die Materialien allgemein als Isolatoren, Halbleiter und Leiter klassifiziert.

• Insulators- Isolatoren sind solche Materialien, bei denen die Leitung aufgrund des großen verbotenen Spaltes nicht stattfinden kann. Beispiele: Holz, Gummi.

• Semiconductors- Halbleiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke klein ist und die Leitung stattfindet, wenn etwas externe Energie angelegt wird. Beispiele: Silizium, Germanium.

• Conductors- Leiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke verschwindet, wenn das Valenzband und das Leitungsband sehr nahe kommen, dass sie sich überlappen. Beispiele: Kupfer, Aluminium.

Von allen dreien werden Isolatoren verwendet, wenn ein spezifischer Widerstand gegen Elektrizität gewünscht wird, und Leiter werden verwendet, wenn die Leitung hoch sein muss. Die Halbleiter sind diejenigen, die ein spezifisches Interesse an ihrer Verwendung hervorrufen.

Halbleiter

EIN Semiconductorist eine Substanz, deren spezifischer Widerstand zwischen den Leitern und Isolatoren liegt. Die Eigenschaft des spezifischen Widerstands ist nicht die einzige, die ein Material als Halbleiter bestimmt, aber sie hat nur wenige Eigenschaften wie folgt.

• Halbleiter haben einen spezifischen Widerstand, der geringer als bei Isolatoren und höher als bei Leitern ist.

• Halbleiter haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand in Halbleitern nimmt mit sinkender Temperatur zu und umgekehrt.

• Die Leitfähigkeit eines Halbleiters ändert sich, wenn ihm eine geeignete metallische Verunreinigung zugesetzt wird, was eine sehr wichtige Eigenschaft ist.

Die Halbleiterbauelemente werden häufig auf dem Gebiet der Elektronik eingesetzt. Der Transistor hat die sperrigen Vakuumröhren ersetzt, wodurch die Größe und die Kosten der Geräte verringert wurden, und diese Revolution hat ihr Tempo weiter erhöht, was zu neuen Erfindungen wie der integrierten Elektronik führte. Halbleiter können wie unten gezeigt klassifiziert werden.

Ein Halbleiter in seiner extrem reinen Form soll ein sein intrinsic semiconductor. Die Leitfähigkeit dieser reinen Form ist jedoch zu gering. Um die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters zu erhöhen, ist es besser, einige Verunreinigungen hinzuzufügen. Dieser Vorgang des Hinzufügens von Verunreinigungen wird als bezeichnetDoping. Dieser dotierte intrinsische Halbleiter wird nun alsExtrinsic Semiconductor.

Die zugesetzten Verunreinigungen sind im Allgemeinen pentavalent und trivalentVerunreinigungen. Abhängig von diesen Arten von Verunreinigungen wird eine andere Klassifizierung durchgeführt. Wenn einpentavalent einem reinen Halbleiter wird Verunreinigung zugesetzt, die als bezeichnet wird N-type extrinsic Semiconductor. Auch wenn atrivalent einem reinen Halbleiter wird Verunreinigung zugesetzt, die als bezeichnet wird P-type extrinsic Semiconductor.

PN Junction

Wenn sich ein Elektron von seinem Platz entfernt, wird dort ein Loch gebildet. Ein Loch ist also das Fehlen eines Elektrons. Wenn gesagt wird, dass ein Elektron vom negativen zum positiven Anschluss bewegt wird, bedeutet dies, dass ein Loch vom positiven zum negativen Anschluss bewegt wird.

Die oben genannten Materialien sind die Grundlagen der Halbleitertechnologie. DasN-type Material, das durch Zugabe von fünfwertigen Verunreinigungen gebildet wird, hat electrons as its majority carriersund Löcher als Minderheitsträger. WährendP-type Material, das durch Zugabe von dreiwertigen Verunreinigungen gebildet wird, hat holes as its majority carriers und Elektronen als Minoritätsträger.

Versuchen wir zu verstehen, was passiert, wenn die P- und N-Materialien zusammengefügt werden.

Wenn ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ nahe beieinander gebracht werden, verbinden sich beide, um eine Verbindung zu bilden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Ein P-Typ hat holes als die majority carriers und ein Material vom N-Typ hat electrons als die majority carriers. Wenn sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, tendieren wenige Löcher vom P-Typ dazu, zur n-Seite zu gehen, während wenige Elektronen vom N-Typ dazu neigen, zur P-Seite zu gehen.

Während beide in Richtung des Übergangs wandern, rekombinieren Löcher und Elektronen miteinander, um zu neutralisieren und Ionen zu bilden. In diesem Übergang gibt es nun einen Bereich, in dem die positiven und negativen Ionen gebildet werdenPN junction oder Verbindungsbarriere wie in der Abbildung gezeigt.

Die Bildung negativer Ionen auf der P-Seite und positiver Ionen auf der N-Seite führt zur Bildung eines engen geladenen Bereichs auf beiden Seiten des PN-Übergangs. Diese Region ist jetzt frei von beweglichen Ladungsträgern. Die hier vorhandenen Ionen waren stationär und halten einen Raumbereich zwischen ihnen ohne Ladungsträger aufrecht.

Da dieser Bereich als Barriere zwischen Materialien vom P- und N-Typ wirkt, wird dies auch als bezeichnet Barrier junction. Dies hat einen anderen Namen alsDepletion regionwas bedeutet, dass beide Regionen erschöpft sind. Es tritt eine Potentialdifferenz V _D aufgrund der Bildung von Ionen über dem als bezeichneten Übergang aufPotential Barrierda es eine weitere Bewegung von Löchern und Elektronen durch den Übergang verhindert. Diese Formation wird als bezeichnetDiode.

Vorspannung einer Diode

Wenn eine Diode oder zwei beliebige Anschlusskomponenten in einer Schaltung angeschlossen sind, hat sie bei der gegebenen Versorgung zwei vorgespannte Zustände. Sie sindForward biased Zustand und Reverse biased Bedingung.

Vorwärts vorgespannter Zustand

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the positive Terminal und cathode to the negative Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein forward biased Bedingung.

Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer mehr vorwärts vorgespannt und hilft bei mehr Leitung. Eine Diode leitet gut in vorwärts vorgespanntem Zustand.

Reverse Bias Condition

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the negative Terminal und cathode to the positive Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein Reverse biased Bedingung.

Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer mehr in Sperrrichtung vorgespannt und hilft bei der Minimierung und Verhinderung der Leitung. Eine Diode kann nicht in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand leiten.

Mit den obigen Informationen haben wir jetzt eine gute Vorstellung davon, was ein PN-Übergang ist. Lassen Sie uns mit diesem Wissen im nächsten Kapitel etwas über Transistoren lernen.