halvledare

Fysisk

2022

Vi förklarar vad en elektrisk halvledare är, dess typer, tillämpningar och exempel. Dessutom ledande och isolerande material.

Den mest använda halvledaren är kisel.

Vad är en halvledare?

Halvledare är material som kan fungera som elektriska ledare eller som elektriska isolatorer, beroende på de fysiska förhållandena där de finns. Dessa tillstånd involverar vanligtvis temperatur och den Tryck, förekomsten av strålning eller intensiteten av elektriskt fält eller magnetiskt fält som materialet utsätts för.

Halvledare består av kemiska grundämnen mycket varierande sinsemellan, som faktiskt kommer från andra regioner än Periodiska systemet, men de delar vissa kemiska egenskaper (i allmänhet är de fyrvärda), vilket ger dem deras speciella elektriska egenskaper. För närvarande är den mest använda halvledaren kisel (Si), särskilt inom industrin elektronik och av datoranvändning.

Tillsammans med isoleringsmaterial upptäcktes halvledare 1727 av den engelske fysikern och naturforskaren Stephen Gray (1666-1736), men de lagar som beskriver deras beteenden och egenskaper beskrevs mycket senare, 1821, av den berömde tyske fysikern Georg Simon. Ohm (1789-1854).

Halvledarapplikationer

Halvledare är särskilt användbara inom elektronikindustrin, eftersom de tillåter drivning och modulering av elektrisk ström enligt de nödvändiga mönstren. Av den anledningen är det vanligt att de är vana vid:

  • Transistorer
  • Integrerade kretsar
  • Elektriska dioder
  • Optiska sensorer
  • Solid state lasrar
  • Elektriska drivmodulatorer (som en elgitarrförstärkare)

Typer av halvledare

Halvledare kan vara av två olika typer, beroende på deras reaktion på den fysiska miljön där de befinner sig:

Inre halvledare

De består av en enda typ av atomer, ordnade i molekyler tetraedriska (det vill säga fyra atomer med valensen 4) och deras atomer förenade med kovalenta bindningar.

Denna kemiska konfiguration förhindrar rörelse fri från elektroner runt molekylen, förutom en ökning av temperaturen: då tar elektronerna en del av Energi tillgänglig och "hoppa", vilket lämnar ett fritt utrymme som översätts som en positiv laddning, vilket i sin tur kommer att locka till sig nya elektroner. Denna process kallas rekombination, och mängden av värme som krävs för detta beror på det kemiska grundämnet i fråga.

Extrinsiska halvledare

Dessa material tillåter en dopningsprocess, det vill säga de tillåter att någon typ av föroreningar inkluderas i deras atomära konfiguration. Beroende på dessa föroreningar, som kan vara femvärda eller trevärda, delas halvledarmaterial in i två:

  • Extrinsiska halvledare av N-typ (donatorer). I dessa typer av material är elektronerna fler än hålen eller bärarna av fri laddning ("utrymmen" med positiv laddning). När en potentialskillnad appliceras på materialet rör sig de fria elektronerna till vänster om materialet och hålen sedan till höger. När hålen når ytterst till höger kommer elektroner från den externa kretsen in i halvledaren och överföring av elektrisk ström sker.
  • Extrinsiska halvledare av P-typ (acceptorer). I dessa material ökar den tillsatta föroreningen, istället för att öka antalet tillgängliga elektroner, hålen.Därmed talar vi om tillsatt acceptormaterial, eftersom det finns en större efterfrågan på elektroner än tillgänglighet och varje ledigt "utrymme" dit en elektron ska gå tjänar för att underlätta passagen av ström.

Exempel på halvledarmaterial

Halvledare fungerar som modulatorer av elektrisk transmission.

De vanligaste och vanligaste halvledarna i industri är:

  • Kisel (Si)
  • Germanium (Ge), ofta i legeringar kisel
  • Galliumarsenid (GaAs)
  • Svavel
  • Syre
  • Kadmium
  • Selen
  • indiska
  • Andra kemiska material som härrör från kombinationen av grundämnen från grupperna 12 och 13 i det periodiska systemet, med grundämnen från grupperna 16 respektive 15.

Ledande material

Till skillnad från halvledare, vars elektriska ledningsegenskaper varierar, är ledande material alltid redo att överföra elektricitet, på grund av den elektroniska konfigurationen av dess atomer. Denna konduktivitet kan fluktuera och påverkas i viss mån av det fysiska tillståndet i omgivningen sedan elektrisk ledningsförmåga det är inte absolut.

Exempel på ledande material är de allra flesta av metaller (järn, kvicksilver, koppar, aluminium, etc.) och den Vatten.

Isoleringsmaterial

Slutligen är isoleringsmaterial de som motstår ledning av elektricitet, det vill säga som förhindrar passage av elektroner och de är därför användbara för att skydda sig mot elektricitet, för att förhindra att den går en fri kurs eller från att kortsluta. Isolatorer isolerar inte heller hundra procent effektivt, De har en gräns (genomslagsspänning) över vilken energin är så intensiv att de inte kan behålla sitt tillstånd som isolatorer och därför överför elektrisk ström, åtminstone i viss grad.

Exempel på isoleringsmaterial är plast, keramik, glas, trä och papper.

!-- GDPR -->