Materiały - wprowadzenie

Każdy materialw naturze ma pewne właściwości. Te właściwości definiują zachowanie materiałów. Material Science to dziedzina elektroniki zajmująca się badaniem przepływu elektronów w różnych materiałach lub przestrzeniach, gdy są one poddane różnym warunkom.

W wyniku mieszania się atomów w ciałach stałych zamiast pojedynczych poziomów energii utworzą się pasma poziomów energii. Te zestawy poziomów energii, które są ściśle upakowane, nazywa sięEnergy bands.

Rodzaje materiałów

Nazywa się pasmo energii, w którym obecne są elektrony walencyjne Valence band, podczas gdy pasmo, w którym obecne są elektrony przewodzące, nazywa się Conduction band. Luka energetyczna między tymi dwoma pasmami nazywa sięForbidden energy gap.

Pod względem elektronicznym materiały są ogólnie klasyfikowane jako izolatory, półprzewodniki i przewodniki.

• Insulators- Izolatory to takie materiały, w których przewodzenie nie może odbywać się ze względu na dużą zabronioną szczelinę. Przykłady: drewno, guma.

• Semiconductors- Półprzewodniki to takie materiały, w których zabroniona przerwa energetyczna jest niewielka, a przewodzenie ma miejsce, jeśli zostanie przyłożona energia zewnętrzna. Przykłady: krzem, german.

• Conductors- Przewodniki to takie materiały, w których zakazana przerwa energetyczna znika, gdy pasmo walencyjne i pasmo przewodnictwa stają się bardzo blisko siebie, tak że zachodzą na siebie. Przykłady: miedź, aluminium.

Spośród wszystkich trzech izolatorów stosuje się tam, gdzie wymagana jest rezystywność do elektryczności, a przewodniki są używane tam, gdzie przewodnictwo musi być wysokie. Półprzewodniki to te, które wzbudzają szczególne zainteresowanie sposobem ich wykorzystania.

Półprzewodniki

ZA Semiconductorjest substancją, której rezystywność znajduje się między przewodnikami i izolatorami. Właściwość rezystywności nie jest jedyną, która decyduje o materiale jako półprzewodniku, ale ma kilka następujących właściwości.

• Półprzewodniki mają rezystywność mniejszą niż izolatory i większą niż przewodniki.

• Półprzewodniki mają ujemny współczynnik temperaturowy. Opór w półprzewodnikach rośnie wraz ze spadkiem temperatury i odwrotnie.

• Właściwości przewodzące półprzewodnika zmieniają się po dodaniu do niego odpowiedniego metalicznego zanieczyszczenia, co jest bardzo ważną właściwością.

Urządzenia półprzewodnikowe są szeroko stosowane w dziedzinie elektroniki. Tranzystor zastąpił nieporęczne lampy próżniowe, dzięki czemu zmniejszył się rozmiar i koszt urządzeń, a rewolucja ta stale zwiększa tempo, prowadząc do nowych wynalazków, takich jak zintegrowana elektronika. Półprzewodniki można sklasyfikować w sposób pokazany poniżej.

Mówi się, że półprzewodnik w swojej niezwykle czystej postaci to intrinsic semiconductor. Ale zdolność przewodzenia tej czystej postaci jest zbyt niska. W celu zwiększenia zdolności przewodzenia wewnętrznego półprzewodnika, lepiej jest dodać trochę zanieczyszczeń. Ten proces dodawania zanieczyszczeń nazywa sięDoping. Teraz ten domieszkowany wewnętrzny półprzewodnik jest nazywanyExtrinsic Semiconductor.

Dodawane zanieczyszczenia są na ogół pentavalent i trivalentzanieczyszczenia. W zależności od tego typu zanieczyszczeń przeprowadza się inną klasyfikację. Kiedypentavalent zanieczyszczenie jest dodawane do czystego półprzewodnika, nazywa się to N-type extrinsic Semiconductor. Jak dobrze, gdytrivalent zanieczyszczenie jest dodawane do czystego półprzewodnika, nazywa się to P-type extrinsic Semiconductor.

PN Junction

Kiedy elektron przemieszcza się ze swojego miejsca, mówi się, że tworzy się tam dziura. Zatem dziura to brak elektronu. Jeśli mówi się, że elektron został przesunięty z bieguna ujemnego na dodatni, oznacza to, że dziura jest przesuwana z bieguna dodatniego na ujemny.

Wymienione powyżej materiały są podstawą technologii półprzewodnikowej. PlikN-type materiał utworzony przez dodanie pięciowartościowych zanieczyszczeń ma electrons as its majority carriersi dziury jako przewoźnicy mniejszościowi. Podczas, gdyP-type materiał utworzony przez dodanie trójwartościowych zanieczyszczeń ma holes as its majority carriers i elektrony jako nośniki mniejszościowe.

Spróbujmy zrozumieć, co się dzieje, gdy materiały P i N. są ze sobą łączone.

Jeśli materiał typu P i N są zbliżone do siebie, oba łączą się, tworząc połączenie, jak pokazano na poniższym rysunku.

Materiał typu P ma holes jako majority carriers a materiał typu N. electrons jako majority carriers. Ponieważ przyciągają się przeciwne ładunki, kilka dziur w typie P ma tendencję do przechodzenia na stronę n, podczas gdy niewiele elektronów w typie N ma tendencję do przechodzenia w stronę P.

Gdy oba z nich przemieszczają się w kierunku złącza, dziury i elektrony rekombinują się ze sobą, neutralizując i tworząc jony. Teraz, w tym skrzyżowaniu, istnieje obszar, w którym powstają jony dodatnie i ujemne, zwany asPN junction lub barierę skrzyżowań, jak pokazano na rysunku.

Powstawanie jonów ujemnych po stronie P i jonów dodatnich po stronie N skutkuje utworzeniem wąskiego naładowanego obszaru po obu stronach złącza PN. Region ten jest teraz wolny od ruchomych nośników ładunku. Obecne tutaj jony były nieruchome i utrzymywały między sobą obszar przestrzeni bez nośników ładunku.

Ponieważ obszar ten działa jako bariera między materiałami typu P i N, jest on również nazywany Barrier junction. To ma inną nazwę o nazwie asDepletion regionco oznacza, że ​​wyczerpuje oba regiony. Występuje różnica potencjałów V _D związana z tworzeniem się jonów w poprzek złącza zwanego asPotential Barrierponieważ zapobiega dalszemu przemieszczaniu się dziur i elektronów przez złącze. Ta formacja jest nazywanaDiode.

Biasing diody

Kiedy dioda lub dowolne dwa elementy końcowe są połączone w obwodzie, ma dwa stany polaryzacji z podanym zasilaniem. Oni sąForward biased stan i Reverse biased stan: schorzenie.

Warunek uprzedzający

Kiedy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the positive terminal i cathode to the negative zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest forward biased stan: schorzenie.

Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej polaryzowany do przodu i pomaga w lepszym przewodzeniu. Dioda dobrze przewodzi w stanie przewodzenia.

Warunek odwrotnej tendencji

Kiedy dioda jest podłączona w obwodzie, z jej anode to the negative terminal i cathode to the positive zacisku zasilania, wówczas mówi się, że takie połączenie jest Reverse biased stan: schorzenie.

Ten rodzaj połączenia sprawia, że ​​obwód jest coraz bardziej spolaryzowany wstecz i pomaga w minimalizowaniu i zapobieganiu przewodzeniu. Dioda nie może przewodzić w stanie spolaryzowanym odwrotnie.

Mając powyższe informacje, mamy teraz dobre pojęcie o tym, czym jest złącze PN. Mając tę ​​wiedzę, przejdźmy dalej i poznajmy tranzystory w następnym rozdziale.