El dispositiu semiconductor està format per un material que no és ni un bon conductor ni un bon aïllant, s’anomena semiconductor. Aquests dispositius han establert aplicacions àmplies a causa de la seva fiabilitat, compacitat i baix cost. Es tracta de components discrets que s’utilitzen en dispositius de potència, sensors òptics de compacitat i emissors de llum, inclosos els làsers d’estat sòlid. Tenen una àmplia gamma de capacitats de maneig de corrent i tensió, amb potències de corrent de més de 5.000 amperes i tensions de més de 100.000 volts. Més important, dispositius semiconductors es presten a la integració en circuits microelectrònics complexos però fàcilment acumulables. Tenen un futur probable, els elements clau de la majoria dels sistemes electrònics, incloses les comunicacions amb equips de processament de dades, consumidors i control industrial.
Què són els dispositius semiconductors?
Els dispositius semiconductors no són res més que Components electrònics que exploten les propietats electròniques de materials semiconductors, com ara silici, germani i arseniur de gal, així com semiconductors orgànics. Els dispositius semiconductors han substituït els tubs de buit en moltes aplicacions. Utilitzen la conducció electrònica en estat sòlid en lloc de l’emissió termionica en un alt buit. Els dispositius semiconductors es fabriquen tant per a dispositius discrets com per a dispositius circuits integrats , que consisteixen en uns pocs fins a milers de milions de dispositius fabricats i interconnectats en un sol substrat semiconductor o hòstia.
Dispositius semiconductors
Els materials semiconductors són útils pel seu comportament, que es pot manipular fàcilment mitjançant l'addició d'impureses, que es coneix com a dopatge. La conductivitat dels semiconductors es pot controlar pel camp elèctric o magnètic, per exposició a la llum o la calor, o per la deformació mecànica d’una xarxa mono cristallina dopada, de manera que els semiconductors poden fabricar uns sensors excel·lents. La conducció de corrent en un semiconductor es produeix lliure d’electrons i forats, coneguts col·lectivament com a portadors de càrrega. El dopatge del silici es fa afegint una petita quantitat d’àtoms d’impuresa i també per al fòsfor o el bor, augmenta significativament el nombre d’electrons o forats dins del semiconductor.
Quan un semiconductor dopat conté forats en excés s’anomena semiconductor de tipus “p” (positiu per a forats) i, quan conté un excés d’electrons lliures, es coneix com a semiconductor de tipus “n” (negatiu per a electrons). signe de càrrec de la majoria dels operadors de càrrega mòbil. Les unions que es van formar on els semiconductors de tipus n i de tipus p s’uneixen s’anomenen unió de p-n.
Diodo
Un semiconductor el díode és un dispositiu típicament constituït per una sola unió p-n. La unió d’un semiconductor de tipus p i n forma una regió d’esgotament on la conducció actual es reserva per la manca de portadors de càrrega mòbils. Quan el dispositiu està esbiaixat cap endavant, aquesta regió d’esgotament es redueix, cosa que permet una conducció significativa, quan el díode és esbiaixat inversament, només es pot aconseguir menys corrent i es pot ampliar la regió d’esgotament. L'exposició d'un semiconductor a la llum pot produir parells de forats d'electrons, cosa que augmenta el nombre de portadors lliures i, per tant, la conductivitat. Els díodes optimitzats per aprofitar aquest fenomen es coneixen com a fotodíodes. També es fan servir díodes compostos de semiconductors per generar llum, díodes emissors de llum i díodes làser.
Diodo
Transistor
Transistors d’unió bipolars estan formats per dues unions p-n, en configuració p-n-p o n-p-n. La regió mitjana o base, entre les unions, sol ser molt estreta. Les altres regions i els seus terminals relacionats es coneixen com a emissor i col·lector. Un petit corrent injectat a través de la unió entre la base i l’emissor canvia les propietats de la unió del col·lector de la base de manera que pot ser corrent de conducta tot i que sigui polaritzat inversament. Això crea un corrent més gran entre el col·lector i l'emissor, i controlat pel corrent base-emissor.
Transistor
Un altre tipus de transistor anomenat com transistor d'efecte de camp , funciona segons el principi que la conductivitat dels semiconductors pot augmentar o disminuir per la presència d'un camp elèctric. Un camp elèctric pot augmentar el nombre d’electrons i forats d’un semiconductor, canviant així la seva conductivitat. El camp elèctric es pot aplicar mitjançant una unió p-n esbiaixada inversament i forma un transistor d’efecte de camp de connexió (JFET) o mitjançant un elèctrode aïllat del material a granel per una capa d’òxid, i forma un transistor d'efecte de camp semiconductor òxid de metall (MOSFET).
Ara és el dia més utilitzat al MOSFET, un dispositiu d’estat sòlid i dispositius semiconductors. L'elèctrode de la porta es carrega per produir un camp elèctric que pot controlar la conductivitat d'un 'canal' entre dos terminals, s'anomena font i drenatge. Depenent del tipus de portador del canal, el dispositiu pot ser MOSFET de canal n (per a electrons) o de canal p (per a forats).
Materials de dispositius semiconductors
El silici (Si) és el material més utilitzat en dispositius semiconductors. Té un cost de matèria primera inferior i un procés relativament senzill. El seu rang de temperatura útil el converteix actualment en el millor compromís entre els diferents materials de la competència. El silici utilitzat en la fabricació de dispositius semiconductors es fabrica actualment en bols amb un diàmetre suficientment gran per permetre la fabricació de neules de 300 mm.
El germani (Ge) era un material molt utilitzat en els primers materials semiconductors, però la seva sensibilitat tèrmica fa que sigui menys útil que el silici. Actualment, el germani sovint s’alia amb silici (Si) per utilitzar-lo en dispositius SiGe d’alta velocitat. IBM és el principal productor d’aquests dispositius.
L’arsènur de gal·li (GaAs) també s’utilitza àmpliament amb dispositius d’alta velocitat, però fins ara ha estat difícil formar bols de gran diàmetre d’aquest material, limitant les mides del diàmetre de les hòsties significativament més petites que les hòsties de silici, cosa que fa que la producció en massa d’arsenur de gal (GaAs) els dispositius són significativament més cars que el silici.
Llista de dispositius semiconductors comuns
La llista de dispositius semiconductors comuns inclou principalment dos terminals, tres terminals i quatre dispositius terminals.
Dispositius semiconductors comuns
Els dispositius de dos terminals són
- Diodo (díode rectificador)
- Diodo Gunn
- Diodes IMPACT
- Diodo làser
- Diodo Zener
- Diodo Schottky
- Diodo PIN
- Diodo de túnel
- Diodo emissor de llum (LED)
- Foto transistor
- Fotocèl·lula
- Cèl · lula solar
- Diodo de supressió de tensió transitòria
- VCSEL
Hi ha dispositius de tres terminals
- Transistor bipolar
- Transistor d'efecte de camp
- Transistor de Darlington
- Transistor bipolar de porta aïllada (IGBT)
- Transistor unijunction
- Rectificador controlat per silici
- Tiristor
- TRIAC
Són dispositius de quatre terminals
- Fotoacoblador (Optocoupler)
- Sensor d'efecte Hall (sensor de camp magnètic)
Aplicacions de dispositius semiconductors
Es poden utilitzar tots els tipus de transistors com a blocs de construcció de portes lògiques , que és útil per al disseny de circuits digitals. En circuits digitals, com els microprocessadors, transistors que actuen com a interruptor (on-off) al MOSFET, per exemple, la tensió aplicada a la porta determina si l'interruptor està activat o apagat.
Els transistors s'utilitzen per als circuits analògics que no actuen com a commutadors (on-off) relativament, responen a un rang continu d'entrada amb un rang continu de sortida. Els circuits analògics habituals inclouen oscil·ladors i amplificadors. Els circuits que s’interfacen o es tradueixen entre circuits analògics i circuits digitals es coneixen com a circuits de senyal mixt.
Avantatges dels dispositius semiconductors
- Com que els dispositius semiconductors no tenen filaments, per tant no cal energia per escalfar-los i provocar l'emissió d'electrons.
- Com que no cal escalfar-se, els dispositius semiconductors es posen en funcionament tan bon punt s’encén el circuit.
- Durant el funcionament, els dispositius semiconductors no produeixen cap soroll.
- Els dispositius semiconductors requereixen un funcionament de baixa tensió en comparació amb els tubs de buit.
- A causa de les seves mides reduïdes, els circuits que impliquen dispositius semiconductors són molt compactes.
- Els dispositius semiconductors són a prova de xocs.
- Els dispositius semiconductors són més econòmics en comparació amb els tubs de buit.
- Els dispositius semiconductors tenen una vida pràcticament il·limitada.
- Com que no s'ha de crear buit en dispositius semiconductors, no tenen problemes de deteriorament del buit.
Inconvenients dels dispositius semiconductors
- El nivell de soroll és més alt en dispositius semiconductors en comparació amb el dels tubs de buit.
- Els dispositius semiconductors normals no poden suportar tanta potència com poden fer els tubs de buit normals.
- En el rang d’alta freqüència, tenen un nivell de resposta deficient.
Per tant, es tracta de diferents tipus de dispositius semiconductors que inclouen dos terminals, tres terminals i quatre dispositius terminals. Esperem que tingueu una millor comprensió d’aquest concepte. A més, si teniu dubtes sobre aquest concepte o projectes elèctrics i electrònics, envieu els vostres comentaris comentant a la secció de comentaris següent. Aquí teniu una pregunta, quines són les aplicacions dels dispositius semiconductors?
Crèdits fotogràfics:
- Diodo wonderhowto
- Materials de dispositius semiconductors Wonderwhizkids
- Tipus de dispositius semiconductors wikimedia
