Halbleiterarten, Anwendungen und Beispiele

Die Halbleiter sie sind Elemente, die die Funktion von Leitern oder Isolatoren selektiv ausführen, abhängig von den äußeren Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, wie Temperatur, Druck, Strahlung und magnetischen oder elektrischen Feldern.

Im Periodensystem sind 14 Halbleiterelemente vorhanden, darunter Silizium, Germanium, Selen, Cadmium, Aluminium, Gallium, Bor, Indium und Kohlenstoff. Halbleiter sind kristalline Feststoffe mit einer mittleren elektrischen Leitfähigkeit, so dass sie in doppelter Weise als Leiter und Isolator verwendet werden können.

Wenn sie als Leiter verwendet werden, erlauben sie unter bestimmten Bedingungen die Zirkulation von elektrischem Strom, jedoch nur in einer Richtung. Außerdem haben sie keine Leitfähigkeit, die so hoch ist wie die von leitfähigen Metallen.

Halbleiter werden in elektronischen Anwendungen verwendet, insbesondere für die Herstellung von Komponenten wie Transistoren, Dioden und integrierten Schaltungen. Sie werden auch als Zubehör oder Zubehör für optische Sensoren, wie beispielsweise Festkörperlaser, und einige Leistungsvorrichtungen für elektrische Energieübertragungssysteme verwendet.

Gegenwärtig wird dieser Typ von Elementen für technologische Entwicklungen in den Bereichen Telekommunikation, Steuerungssysteme und Signalverarbeitung sowohl in häuslichen als auch industriellen Anwendungen verwendet.

Index

• 1 Arten
  • 1.1 Intrinsische Halbleiter
  • 1.2 Extrinsische Halbleiter
• 2 Eigenschaften
• 3 Anwendungen
• 4 Beispiele
• 5 Referenzen

Typen

Es gibt verschiedene Arten von Halbleitermaterialien, abhängig von den vorhandenen Verunreinigungen und ihrer physikalischen Reaktion auf verschiedene Umweltreize.

Intrinsische Halbleiter

Sind diese Elemente, deren molekulare Struktur aus einem einzigen Atomtyp besteht? Zu dieser Art von intrinsischen Halbleitern gehören Silizium und Germanium.

Die molekulare Struktur von intrinsischen Halbleitern ist tetraedrisch; das heißt, es hat kovalente Bindungen zwischen vier umgebenden Atomen, wie in der Abbildung unten dargestellt.

Jedes Atom eines intrinsischen Halbleiters hat 4 Valenzelektronen; Das heißt, 4 Elektronen kreisen in der äußersten Schicht jedes Atoms. Jedes dieser Elektronen bildet wiederum Bindungen mit den benachbarten Elektronen.

Auf diese Weise hat jedes Atom 8 Elektronen in seiner oberflächlichsten Schicht, die eine feste Verbindung zwischen den Elektronen und den Atomen bildet, aus denen das Kristallgitter besteht.

Aufgrund dieser Konfiguration bewegen sich die Elektronen nicht leicht innerhalb der Struktur. Unter Standardbedingungen verhalten sich intrinsische Halbleiter daher wie ein Isolator.

Die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters steigt jedoch immer dann an, wenn die Temperatur ansteigt, da einige Valenzelektronen Wärmeenergie absorbieren und sich von den Bindungen trennen.

Diese Elektronen werden zu freien Elektronen und können, wenn sie durch eine unterschiedliche elektrische Spannung richtig adressiert werden, zur Stromzirkulation innerhalb des Kristallgitters beitragen.

In diesem Fall springen die freien Elektronen zum Leitungsband und gehen zum positiven Pol der Potentialquelle (z. B. einer Batterie).

Die Bewegung der Valenzelektronen induziert ein Vakuum in der molekularen Struktur, was zu einer ähnlichen Wirkung führt, die eine positive Ladung im System erzeugen würde, so dass sie als positive Ladungsträger betrachtet werden.

Dann tritt ein umgekehrter Effekt auf, da einige Elektronen aus dem Leitungsband in die Valenzschicht fallen können, wodurch Energie freigesetzt wird, was als Rekombination bezeichnet wird.

Extrinsische Halbleiter

Sie passen sich an, indem sie Verunreinigungen innerhalb der intrinsischen Treiber einschließen; das heißt, durch Einbringen von dreiwertigen oder fünfwertigen Elementen.

Dieser Prozess ist als Dotierung bekannt und zielt darauf ab, die Leitfähigkeit von Materialien zu erhöhen, um deren physikalische und elektrische Eigenschaften zu verbessern.

Wenn ein intrinsisches Halbleiteratom durch ein Atom einer anderen Komponente ersetzt wird, können zwei Arten von extrinsischen Halbleitern erhalten werden, die im Folgenden detailliert beschrieben werden.

Halbleiter Typ P

In diesem Fall ist die Verunreinigung ein dreiwertiges Halbleiterelement; das heißt, mit drei (3) Elektronen in seiner Valenzschale.

Intrusive Elemente innerhalb der Struktur werden als Dotierelemente bezeichnet. Beispiele für diese Elemente für P-Typ-Halbleiter sind Bor (B), Gallium (Ga) oder Indium (In).

Ohne ein Valenzelektron zur Bildung der vier kovalenten Bindungen eines intrinsischen Halbleiters weist der P-Typ-Halbleiter eine Lücke in der fehlenden Verbindung auf.

Dies ermöglicht den Durchgang von Elektronen, die nicht zum kristallinen Netzwerk gehören, durch dieses positive Ladungsträgerloch.

Aufgrund der positiven Ladung der Lücke der Verbindung wird diese Art von Leitern mit dem Buchstaben "P" bezeichnet, und folglich werden sie als Elektronenakzeptoren erkannt.

Der Elektronenfluss durch die Löcher der Bindung erzeugt einen elektrischen Strom, der in die entgegengesetzte Richtung zu dem Strom fließt, der von den freien Elektronen abgeleitet wird.

Halbleitertyp N

Das intrusive Element in der Konfiguration ist durch fünfwertige Elemente gegeben; das heißt diejenigen, die fünf (5) Elektronen im Valenzband haben.

In diesem Fall können Verunreinigungen in die intrinsischen Halbleiterelemente, wie Phosphor (P) eingebaut sind, Antimon (Sb) oder Arsen (A).

Dotierstoffe ein Valenzelektronen ferner, dass durch keine kovalente Bindung, automatisch zu verbinden ist, frei durch das Kristallgitter zu bewegen.

Hier zirkuliert der elektrische Strom durch das Material dank des Überschusses an freien Elektronen, die von dem Dotierstoff bereitgestellt werden. Daher werden N-Typ-Halbleiter als Elektronendonatoren betrachtet.

Eigenschaften

Halbleiter zeichnen sich durch ihre doppelte Funktionalität, Energieeffizienz, Anwendungsvielfalt und geringe Kosten aus. Die herausragendsten Merkmale von Halbleitern sind im Folgenden aufgeführt.

- Seine Antwort (leitend oder isolierend) kann variiert in Abhängigkeit von der Empfindlichkeit des Elements gegenüber Licht, elektrische und magnetische Felder in der Umwelt.

- Wenn der Halbleiter auf eine niedrige Temperatur unterzogen wird, werden die Elektronen zusammen in dem Valenzband gehalten und kann daher nicht für das freie Fließen des elektrischen Stroms Elektronen nicht auftreten.

Wenn jedoch der Halbleiter hohen Temperaturen ausgesetzt ist, kann die thermische Schwingung, die Stärke der kovalenten Bindungen der Atome des Elements beeinflussen, die frei für die elektrische Leitungselektronen bleiben.

- die Leitfähigkeit von Halbleitern, variiert in Abhängigkeit von dem Anteil an Verunreinigungen oder Dotierstoffe innerhalb eines intrinsischen Halbleiters.

Wenn beispielsweise 10 Boratome in einer Million Siliziumatome enthalten sind, erhöht sich das Verhältnis der Leitfähigkeit der Verbund tausend Mal gegenüber der Leitfähigkeit von reinem Silizium.

- Die Leitfähigkeit von Halbleitern variiert in einem Bereich zwischen 1 und 10^-6 S.cm^-1, abhängig von der Art des verwendeten chemischen Elements.

- Verbindungen oder extrinsische Halbleiter aufweisen können, optische und elektrische Eigenschaften wesentlich besser als die Eigenschaften des Halbleiter intrínsecos.Un Beispiels dieses Aspekts ist Galliumarsenid (GaAs), Verwendung vor allem in Hochfrequenzanwendungen und anderen optoelektronischen Anwendungen.

Anwendungen

Halbleiter werden als Rohstoffe bei der Montage von elektronischen Komponenten weit verbreitet, die ein Teil unseres täglichen Lebens sind, wie integrierte Schaltkreise.

Eines der Hauptelemente einer integrierten Schaltung sind Transistoren. Diese Vorrichtungen erfüllen die Funktion, ein Ausgangssignal (oszillierend, verstärkt oder gleichgerichtet) gemäß einem spezifischen Eingangssignal bereitzustellen.

Darüber hinaus sind die Halbleiter auch die Vormaterial von Dioden in elektronischen Schaltungen verwendet, um den Durchgang von elektrischem Strom in eine Richtung zu ermöglichen.

Für die Gestaltung von Dioden, Einmündungen von extrinsischen Halbleiter vom P-Typ und N-Typ-Al gebildet Träger und Elektronendonoren abwechseln, ein Ausgleichsmechanismus zwischen den beiden Zonen aktiviert wird.

Somit schneiden und ergänzen sich Elektronen und Löcher in beiden Zonen, wo es notwendig ist. Dies geschieht auf zwei Arten:

- Es erfolgt die Übertragung von Elektronen von N-Typ-Zone auf den Bereich P. Der N-Typ-Zone, eine positive Ladung überwiegend erhält.

- es hat eine Steigung von Elektronenlöchern Trägern vom Typ P-Zone in den Region vom P-Typ vom N-Typ erhält eine überwiegend negative Ladung.

Schließlich wird ein elektrisches Feld erzeugt, das die Zirkulation des Stroms in nur einer Richtung induziert; das heißt, von Zone N zu Zone P.

Zusätzlich kann durch Kombinationen von intrinsischen und extrinsischen Halbleiter verwenden, können Geräte mit ähnlichen Aufgaben an eine Vakuumröhre enthält hundertmal sein Volumen hergestellt werden.

Diese Art von Anwendungen betrifft integrierte Schaltungen, wie beispielsweise Mikroprozessorchips, die eine beträchtliche Menge an elektrischer Energie abdecken.

Halbleiter sind in elektronischen Geräten, die wir in unserem täglichen Leben verwenden, wie braune Linie Geräte wie Fernseher, Videorekorder, Stereoanlagen; Computer und Mobiltelefone.

Beispiele

Der am häufigsten verwendete Halbleiter in der Elektronikindustrie ist Silizium (Si). Dieses Material ist in den Geräten vorhanden, aus denen die integrierten Schaltkreise bestehen, die zu unserem Alltag gehören.

Legierungen und Silizium-Germanium (SiGe) sind integrierte Schaltungen, die in Hochgeschwindigkeitsverstärker für Radar- und elektrischen Instrumenten, wie beispielsweise elektrischen Gitarren verwendet.

Ein weiteres Beispiel für Halbleiter aus Galliumarsenid (GaAs), weit verbreitet in dem Signalverstärker verwendet, insbesondere Signale mit hohen Verstärkung und geringem Rauschen.

Referenzen

1. Brian, M. (s.f.). Wie Halbleiter arbeiten. Von: electronics.howstuffworks.com
2. Landin, P. (2014). Intrinsische und extrinsische Halbleiter. Recovered: pelandintecno.blogspot.com
3. Rouse, M. (s.f.). Halbleiter Von: whatis.techtarget.com
4. Halbleiter (1998). Encyclopædia Britannica, Inc.London, Vereinigtes Königreich. Wiederhergestellt von: britannica.com
5. Was sind Halbleiter? (s.). © Hitachi High-Technologies Corporation. Von: hitachi-hightech.com
6. Wikipedia, Die freie Enzyklopädie (2018). Halbleiter Von: en.wikipedia.org