Semiconductor Devices and Circuits, Applications

Prøv Instrumentet Vårt For Å Eliminere Problemer





Semiconductor-enheten består av et materiale som verken er en god leder eller en god isolator, det kalles en halvleder. Slike enheter har etablert brede applikasjoner på grunn av deres pålitelighet, kompakthet og lave kostnader. Dette er diskrete komponenter som brukes i kraftenheter, kompakte optiske sensorer og lysutsendere, inkludert solid state-lasere. De har et bredt spekter av strøm- og spenningshåndteringsfunksjoner, med strømstyrker på mer enn 5000 ampere og spenningsgrenser på mer enn 100.000 volt. Enda viktigere, halvlederinnretninger egner seg til integrering i komplekse, men lett oppbyggende mikroelektroniske kretser. De har en sannsynlig fremtid, nøkkelelementene i flertallet av elektroniske systemer, inkludert kommunikasjon med databehandlings-, forbruker- og industrielt kontrollutstyr.

Hva er Semiconductor Devices?

Halvledere er ikke annet enn elektroniske komponenter som utnytter de elektroniske egenskapene til halvledermaterialer, som silisium, germanium og galliumarsenid, så vel som organiske halvledere. Halvledere har erstattet vakuumrør i mange applikasjoner. De bruker elektronisk ledning i fast tilstand i motsetning til termionisk utslipp i høyt vakuum. Semiconductor-enheter er produsert for både diskrete enheter og integrerte kretser , som består av noen få til milliarder enheter produsert og sammenkoblet på et enkelt halvledersubstrat eller wafer.




Semiconductor Devices

Semiconductor Devices

Halvledermaterialer er nyttige ved deres oppførsel som lett kan manipuleres ved tilsetning av urenheter, kjent som doping. Halvlederledningsevne kan styres av det elektriske eller magnetiske feltet, ved eksponering for lys eller varme, eller ved mekanisk deformasjon av et dopet monokrystallinsk rutenett, slik at halvledere kan gi utmerkede sensorer. Strømledningen i en halvleder skjer uten elektroner og hull, samlet kjent som ladningsbærere. Doping av silisium gjøres ved å tilsette en liten mengde urenhetsatomer, og også for fosfor eller bor, øker antallet elektroner eller hull i halvlederen betydelig.



Når en dopet halvleder inneholder overflødige hull kalles den 'p-type' (positiv for hull) halvleder, og når den inneholder noe overskudd av frie elektroner, er den kjent som 'n-type' (negativ for elektroner) halvleder, er den ladetegn for de fleste mobilavgiftsbærere. Kryssene som dannes der n-type og p-type halvledere er koblet sammen kalles p – n-kryss.

Diode

En halvleder diode er en enhet består vanligvis av et enkelt p-n-kryss. Krysset til en halvleder av p-type og n-type danner en uttømningsregion der strømledningen er reservert av mangel på mobilladningsbærere. Når anordningen er forspent, reduseres denne uttømmingsregionen, noe som gir betydelig ledning, når dioden er omvendt forspent, kan den eneste mindre strømmen oppnås, og uttømmingsområdet kan utvides. Å eksponere en halvleder for lys kan produsere elektronhullpar, noe som øker antall gratis bærere og derved ledningsevnen. Dioder som er optimalisert for å dra nytte av dette fenomenet er kjent som fotodioder. Sammensatte halvlederdioder brukes også til å generere lys, lysdioder og laserdioder.

Diode

Diode

Transistor

Bipolare kryssstransistorer er dannet av to p-n kryss, i enten p-n-p eller n-p-n konfigurasjon. Midten eller basen, regionen mellom kryssene er vanligvis veldig smal. De andre regionene, og deres relaterte terminaler, er kjent som emitter og samler. En liten strøm injisert gjennom krysset mellom basen og emitteren endrer egenskapene til basesamlerkrysset, slik at det kan lede strøm selv om det er omvendt forspent. Dette skaper en større strøm mellom samleren og emitteren, og styres av base-emitterstrømmen.


Transistor

Transistor

En annen type transistor kalt felt-effekt transistor , fungerer det på prinsippet om at halvlederledningsevne kan økes eller reduseres ved tilstedeværelse av et elektrisk felt. Et elektrisk felt kan øke antall elektroner og hull i en halvleder, og dermed endre ledningsevnen. Det elektriske feltet kan påføres av et omvendt forspent p-n-kryss, og det danner en kryssfelteffekt-transistor (JFET) eller av en elektrode som er isolert fra bulkmaterialet med et oksydlag, og det danner en metall-oksyd halvleder felt-effekt transistor (MOSFET).

Nå en dags mest brukte i MOSFET, en solid state-enhet og halvleder-enheter. Portelektroden lades for å produsere et elektrisk felt som kan kontrollere ledningsevnen til en 'kanal' mellom to terminaler, kalles kilde og avløp. Avhengig av typen bærer i kanalen, kan enheten være n-kanal (for elektroner) eller p-kanal (for hull) MOSFET.

Semiconductor Device Materials

Silisiumet (Si) er det mest brukte materialet i halvlederinnretninger. Det har lavere råvarekostnader og relativt enkel prosess. Det nyttige temperaturområdet gjør det for tiden det beste kompromisset blant de forskjellige konkurrerende materialene. Silisium som brukes ved produksjon av halvlederinnretninger, er for tiden produsert i boller som er store nok i diameter til å tillate produksjon av 300 mm vafler.

Germanium (Ge) var mye brukt i tidlig halvledermateriale, men dens termiske følsomhet gjør mindre nyttig enn silisium. I dag legeres germanium ofte med (Si) silisium for bruk i veldig høyhastighets SiGe-enheter IBM er en hovedprodusent av slike enheter.

Galliumarsenid (GaAs) er også mye brukt med høyhastighetsinnretninger, men hittil har det vært vanskelig å danne boller med stor diameter av dette materialet, noe som begrenser størrelsen på skivediameteren betydelig mindre enn silisiumskivene, og dermed blir masseproduksjon av Galliumarsenid (GaAs) enheter betydelig dyrere enn silisium.

Liste over vanlige halvledere

Listen over vanlige halvledere inneholder hovedsakelig to terminaler, tre terminaler og fire terminalenheter.

Vanlige halvledere

Vanlige halvledere

De to terminalene er

  • Diode (likeretterdiode)
  • Gunn-diode
  • IMPACT-dioder
  • Laserdiode
  • Zener-diode
  • Schottky-diode
  • PIN-diode
  • Tunneldiode
  • Lysdiode (LED)
  • Fototransistor
  • Fotocelle
  • Solcelle
  • Transient spenningsundertrykkelsesdiode
  • VCSEL

Tre-terminal enheter er

Fire terminaler er

  • Fotokobling (optokobler)
  • Hall-effekt sensor (magnetfelt sensor)

Semiconductor Device Applications

Alle typer transistor kan brukes som byggesteiner av logiske porter , som er nyttig for design av digitale kretser. I digitale kretser som mikroprosessorer, transistorer som fungerer som en bryter (på / av) i MOSFET, for eksempel, bestemmer spenningen som påføres porten om bryteren er på eller av.

Transistorene brukes til analoge kretser fungerer ikke som brytere (på / av) relativt, de reagerer på et kontinuerlig utvalg av innganger med et kontinuerlig utvalg av utgang. Vanlige analoge kretser inkluderer oscillatorer og forsterkere. Kretsene som grensesnitt eller oversetter mellom analoge kretser og digitale kretser er kjent som kretser med blandet signal.

Fordeler med halvlederutstyr

  • Siden halvlederanordninger ikke har noen filamenter, er det derfor ikke behov for kraft for å varme dem opp for å forårsake utslipp av elektroner.
  • Siden det ikke er behov for oppvarming, settes halvlederinnretninger i drift så snart kretsen er slått på.
  • Under drift produserer ikke halvlederinnretninger noe brummende lyd.
  • Halvledere krever lavspenningsdrift sammenlignet med vakuumrør.
  • På grunn av deres små størrelser er kretsene som involverer halvlederinnretninger veldig kompakte.
  • Halvledere er støtsikre.
  • Halvledere er billigere sammenlignet med vakuumrør.
  • Halvledere har nesten ubegrenset levetid.
  • Ettersom det ikke må opprettes vakuum i halvlederutstyr, har de ingen vakuumforringelsesproblemer.

Ulemper ved halvlederutstyr

  • Støynivået er høyere i halvledere enn i vakuumrørene.
  • Vanlige halvledere kan ikke håndtere så mer kraft som vanlige vakuumrør kan gjøre.
  • I høyfrekvensområdet har de dårlig responder.

Dermed handler dette om forskjellige typer halvlederinnretninger inkluderer to terminaler, tre terminaler og fire terminalenheter. Vi håper at du har fått en bedre forståelse av dette konseptet. Videre, hvis du er i tvil angående dette konseptet eller elektriske og elektroniske prosjekter, vennligst gi din tilbakemelding ved å kommentere i kommentarseksjonen nedenfor. Her er et spørsmål til deg, hva er applikasjonene til halvleder enheter?

Fotokreditter: