Η συσκευή Ημιαγωγών αποτελείται από ένα υλικό που δεν είναι ούτε καλός αγωγός ούτε καλός μονωτής, ονομάζεται ημιαγωγός. Τέτοιες συσκευές έχουν καθιερώσει ευρείες εφαρμογές λόγω της αξιοπιστίας, της συμπαγείας και του χαμηλού κόστους τους. Αυτά είναι διακριτά εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται σε συσκευές ισχύος, οπτικούς αισθητήρες συμπαγής και πομπούς φωτός, συμπεριλαμβανομένων των λέιζερ στερεάς κατάστασης. Έχουν ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων χειρισμού ρεύματος και τάσης, με βαθμολογίες ρεύματος πάνω από 5.000 αμπέρ και βαθμολογίες τάσης πάνω από 100.000 βολτ. Κυρίως, συσκευές ημιαγωγών προσφέρονται για ενσωμάτωση σε πολύπλοκα αλλά εύκολα συσσωρευμένα μικροηλεκτρονικά κυκλώματα. Έχουν πιθανό μέλλον, τα βασικά στοιχεία της πλειονότητας των ηλεκτρονικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των επικοινωνιών με τον εξοπλισμό επεξεργασίας δεδομένων, τον καταναλωτή και τον βιομηχανικό έλεγχο.

Τι είναι οι συσκευές ημιαγωγών;

Οι συσκευές ημιαγωγών δεν είναι παρά ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΑ ΕΞΑΡΤΗΜΑΤΑ που εκμεταλλεύονται τις ηλεκτρονικές ιδιότητες των υλικών ημιαγωγών, όπως το πυρίτιο, το γερμάνιο και το αρσενίδιο του γαλλίου, καθώς και οι οργανικοί ημιαγωγοί. Οι συσκευές ημιαγωγών έχουν αντικαταστήσει σωλήνες κενού σε πολλές εφαρμογές. Χρησιμοποιούν ηλεκτρονική αγωγιμότητα σε στερεή κατάσταση σε αντίθεση με τις θερμιονικές εκπομπές σε υψηλό κενό. Οι συσκευές ημιαγωγών κατασκευάζονται τόσο για διακριτές συσκευές όσο και για ολοκληρωμένα κυκλώματα , που αποτελούνται από μερικές έως δισεκατομμύρια συσκευές που κατασκευάζονται και διασυνδέονται σε ένα μόνο υπόστρωμα ημιαγωγού ή γκοφρέτα.

Συσκευές ημιαγωγών

Τα υλικά ημιαγωγών είναι χρήσιμα από τη συμπεριφορά τους που μπορεί εύκολα να χειριστεί με την προσθήκη ακαθαρσιών είναι γνωστό ως ντόπινγκ. Η αγωγιμότητα του ημιαγωγού μπορεί να ελεγχθεί από το ηλεκτρικό ή μαγνητικό πεδίο, από την έκθεση στο φως ή τη θερμότητα, ή από τη μηχανική παραμόρφωση ενός ενισχυμένου μονο κρυσταλλικού πλέγματος, έτσι, οι ημιαγωγοί μπορούν να κάνουν εξαιρετικούς αισθητήρες. Η τρέχουσα αγωγιμότητα σε έναν ημιαγωγό συμβαίνει χωρίς ηλεκτρόνια και οπές, γνωστές συλλογικά ως φορείς φορτίου. Το ντόπινγκ του πυριτίου γίνεται με την προσθήκη μιας μικρής ποσότητας ατόμων ακαθαρσίας και επίσης για τον φώσφορο ή το βόριο, αυξάνει σημαντικά τον αριθμό ηλεκτρονίων ή οπών εντός του ημιαγωγού.

Όταν ένας ενισχυμένος ημιαγωγός περιέχει υπερβολικές τρύπες ονομάζεται ημιαγωγός 'p-type' (θετικός για τρύπες) και όταν περιέχει κάποια περίσσεια ελεύθερων ηλεκτρονίων, είναι γνωστός ως ημιαγωγός 'n-type' (αρνητικός για ηλεκτρόνια), είναι ο σημάδι της πλειοψηφίας των κινητών χρεώσεων κινητής τηλεφωνίας. Οι κόμβοι που σχηματίστηκαν όπου οι ημιαγωγοί τύπου n και p συνδέονται μεταξύ τους ονομάζεται σύνδεση p-n.

Δίοδος

Ένας ημιαγωγός η δίοδος είναι μια συσκευή Συνήθως αποτελείται από μία μόνο σύνδεση p-n. Η σύνδεση ενός ημιαγωγού τύπου p και τύπου n σχηματίζει μια περιοχή εξάντλησης όπου η τρέχουσα αγωγή δεσμεύεται από την έλλειψη κινητών φορέων φόρτισης. Όταν η συσκευή είναι μεροληπτική προς τα εμπρός, αυτή η περιοχή εξάντλησης μειώνεται, επιτρέποντας σημαντική αγωγιμότητα, όταν η δίοδος είναι αντίστροφη προκατειλημμένη, το μόνο λιγότερο ρεύμα μπορεί να επιτευχθεί και η περιοχή εξάντλησης μπορεί να επεκταθεί. Η έκθεση ενός ημιαγωγού στο φως μπορεί να παράγει ζεύγη οπών ηλεκτρονίων, γεγονός που αυξάνει τον αριθμό των ελεύθερων φορέων και επομένως την αγωγιμότητα. Οι δίοδοι που βελτιστοποιούνται για να επωφεληθούν από αυτό το φαινόμενο είναι γνωστοί ως φωτοδιόδους. Οι σύνθετες δίοδοι ημιαγωγών χρησιμοποιούνται επίσης για τη δημιουργία φωτός, διόδων εκπομπής φωτός και διόδων λέιζερ.

Δίοδος

Τρανζίστορ

Τρανζίστορ διπολικής σύνδεσης σχηματίζονται από δύο συνδέσμους p-n, είτε σε διαμόρφωση p-n-p είτε n-p-n. Η μέση ή η βάση, η περιοχή μεταξύ των κόμβων είναι συνήθως πολύ στενή. Οι άλλες περιοχές, και τα σχετικά τερματικά τους, είναι γνωστά ως πομποί και συλλέκτες. Ένα μικρό ρεύμα που εγχέεται μέσω της διασταύρωσης μεταξύ της βάσης και του πομπού αλλάζει τις ιδιότητες της σύνδεσης του συλλέκτη βάσης, ώστε να μπορεί να είναι ρεύμα αγωγού, παρόλο που είναι αντίστροφη μεροληψία. Αυτό δημιουργεί ένα μεγαλύτερο ρεύμα μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού, και ελέγχεται από το ρεύμα βασικής εκπομπής.

Τρανζίστορ

Ένας άλλος τύπος τρανζίστορ ονομάζεται ως τρανζίστορ εφέ πεδίου , λειτουργεί με την αρχή ότι η αγωγιμότητα ημιαγωγών μπορεί να αυξηθεί ή να μειωθεί με την παρουσία ηλεκτρικού πεδίου. Ένα ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να αυξήσει τον αριθμό ηλεκτρονίων και οπών σε έναν ημιαγωγό, αλλάζοντας έτσι την αγωγιμότητά του. Το ηλεκτρικό πεδίο μπορεί να εφαρμοστεί με μια αντίστροφη μεροληψία p-n και σχηματίζει ένα τρανζίστορ πεδίου-αποτελέσματος διασταύρωσης (JFET) ή από ένα ηλεκτρόδιο μονωμένο από το χύμα υλικό από μια στρώση οξειδίου και σχηματίζει ένα τρανζίστορ πεδίου-ημιαγωγού μετάλλου-οξειδίου (MOSFET).

“περιγράψτε τις διαφορετικές κατηγορίες μέσα σε ένα κρυπτοσύστημα; ”

Τώρα μια μέρα χρησιμοποιείται περισσότερο στο MOSFET, μια συσκευή στερεάς κατάστασης και σε συσκευές ημιαγωγών. Το ηλεκτρόδιο πύλης φορτίζεται για να παράγει ένα ηλεκτρικό πεδίο που μπορεί να ελέγξει την αγωγιμότητα ενός «καναλιού» μεταξύ δύο ακροδεκτών, ονομάζεται πηγή και αποστράγγιση. Ανάλογα με τον τύπο φορέα στο κανάλι, η συσκευή μπορεί να είναι κανάλι n (για ηλεκτρόνια) ή κανάλι p (για οπές) MOSFET.

Υλικά συσκευών ημιαγωγών

Το πυρίτιο (Si) χρησιμοποιείται ευρέως σε υλικό ημιαγωγών. Έχει χαμηλότερο κόστος πρώτων υλών και σχετικά απλή διαδικασία. Το εύχρηστο εύρος θερμοκρασιών το καθιστά σήμερα τον καλύτερο συμβιβασμό μεταξύ των διαφόρων ανταγωνιστικών υλικών. Το πυρίτιο που χρησιμοποιείται στην κατασκευή συσκευών ημιαγωγών κατασκευάζεται επί του παρόντος σε μπολ με διάμετρο αρκετά μεγάλη ώστε να επιτρέπει την κατασκευή γκοφρετών 300 mm (12 in.).

Το Germanium (Ge) ήταν ευρέως χρησιμοποιούμενο σε πρώιμο υλικό ημιαγωγών, αλλά η θερμική ευαισθησία του καθιστά λιγότερο χρήσιμη από το πυρίτιο. Σήμερα, το γερμάνιο είναι συχνά κράμα με (Si) πυρίτιο για χρήση σε συσκευές υψηλής ταχύτητας SiGe Η IBM είναι ο κύριος παραγωγός τέτοιων συσκευών.

“διαφορά μεταξύ τροφοδοσίας AC και DC ”

Το Gallium arsenide (GaAs) χρησιμοποιείται επίσης ευρέως με συσκευές υψηλής ταχύτητας, αλλά μέχρι στιγμής, ήταν δύσκολο να σχηματιστούν κύπελλα μεγάλης διαμέτρου αυτού του υλικού, περιορίζοντας τα μεγέθη διαμέτρου γκοφρετών σημαντικά μικρότερα από τα πλακίδια πυριτίου, κάνοντας έτσι τη μαζική παραγωγή αρσενιδίου Gallium (GaAs) συσκευές πολύ πιο ακριβές από το πυρίτιο.

Λίστα κοινών συσκευών ημιαγωγών

Ο κατάλογος των κοινών συσκευών ημιαγωγών περιλαμβάνει κυρίως δύο τερματικά, τρία τερματικά και τέσσερα τερματικά.

Κοινές συσκευές ημιαγωγών

Οι δύο τερματικές συσκευές είναι

Δίοδος (διόρθωση ανορθωτή)
Δίοδος Gunn
Δίοδοι ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ
Δίοδος λέιζερ
Δίοδος Ζένερ
Δίοδος Schottky
Δίοδος PIN
Δίοδος σήραγγας
Δίοδος εκπομπής φωτός (LED)
Τρανζίστορ φωτογραφιών
Φωτοκύτταρο
Ηλιακό κύτταρο
Δίοδος παροδικής τάσης-καταστολής
VCSEL

Οι συσκευές τριών τερματικών είναι

Διπολικό τρανζίστορ
Τρανζίστορ εφέ πεδίου
Τρανζίστορ Darlington
Διπολικό τρανζίστορ μονωμένης πύλης (IGBT)
Τρανζίστορ Unijunction
Διορθωτής πυριτίου ελεγχόμενος
Θυριστόρ
TRIAC

Οι συσκευές τεσσάρων τερματικών είναι

Ζεύκτης φωτογραφιών (Optocoupler)
Αισθητήρας εφέ Hall (αισθητήρας μαγνητικού πεδίου)

Εφαρμογές συσκευών ημιαγωγών

Όλοι οι τύποι τρανζίστορ μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως δομικά στοιχεία των λογικών πυλών , το οποίο είναι χρήσιμο στο σχεδιασμό ψηφιακών κυκλωμάτων. Σε ψηφιακά κυκλώματα όπως μικροεπεξεργαστές, τρανζίστορ έτσι ώστε να λειτουργεί ως διακόπτης (on-off) στο MOSFET, για παράδειγμα, η τάση που εφαρμόζεται στην πύλη καθορίζει εάν ο διακόπτης είναι ενεργοποιημένος ή απενεργοποιημένος.

Τα τρανζίστορ χρησιμοποιούνται για αναλογικά κυκλώματα που δεν λειτουργούν ως διακόπτες (on-off) σχετικά, ανταποκρίνονται σε ένα συνεχές εύρος εισόδου με συνεχές εύρος εξόδου. Τα κοινά αναλογικά κυκλώματα περιλαμβάνουν ταλαντωτές και ενισχυτές. Τα κυκλώματα που διασυνδέονται ή μεταφράζονται μεταξύ αναλογικών κυκλωμάτων και ψηφιακών κυκλωμάτων είναι γνωστά ως κυκλώματα μικτού σήματος.

Πλεονεκτήματα των συσκευών ημιαγωγών

Καθώς οι συσκευές ημιαγωγών δεν έχουν νήματα, ως εκ τούτου δεν απαιτείται ισχύς για τη θέρμανσή τους για να προκαλέσουν την εκπομπή ηλεκτρονίων.
Δεδομένου ότι δεν απαιτείται θέρμανση, οι συσκευές ημιαγωγών τίθενται σε λειτουργία μόλις ενεργοποιηθεί το κύκλωμα.
Κατά τη λειτουργία, οι συσκευές ημιαγωγών δεν παράγουν θόρυβο βουητού.
Οι συσκευές ημιαγωγών απαιτούν λειτουργία χαμηλής τάσης σε σύγκριση με τους σωλήνες κενού.
Λόγω των μικρών τους μεγεθών, τα κυκλώματα που περιλαμβάνουν συσκευές ημιαγωγών είναι πολύ συμπαγή.
Οι συσκευές ημιαγωγών είναι ανθεκτικές σε κραδασμούς.
Οι συσκευές ημιαγωγών είναι φθηνότερες σε σύγκριση με τους σωλήνες κενού.
Οι συσκευές ημιαγωγών έχουν σχεδόν απεριόριστη διάρκεια ζωής.
Καθώς δεν πρέπει να δημιουργηθεί κενό σε συσκευές ημιαγωγών, δεν έχουν πρόβλημα φθοράς κενού.

Μειονεκτήματα των συσκευών ημιαγωγών

Το επίπεδο θορύβου είναι υψηλότερο στις συσκευές ημιαγωγών σε σύγκριση με αυτό στους σωλήνες κενού.
Οι συνηθισμένες συσκευές ημιαγωγών δεν μπορούν να χειριστούν τόσο περισσότερη ισχύ όσο και οι συνηθισμένοι σωλήνες κενού.
Σε εύρος υψηλής συχνότητας, έχουν κακή ανταπόκριση.

Έτσι, πρόκειται για διαφορετικούς τύπους συσκευών ημιαγωγών που περιλαμβάνουν δύο τερματικά, τρία τερματικά και τέσσερα τερματικά. Ελπίζουμε να έχετε καλύτερη κατανόηση αυτής της έννοιας. Επιπλέον, τυχόν αμφιβολίες σχετικά με αυτήν την ιδέα ή ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα, παρακαλώ δώστε τα σχόλιά σας σχολιάζοντας την παρακάτω ενότητα σχολίων. Εδώ είναι μια ερώτηση για εσάς, ποιες είναι οι εφαρμογές συσκευών ημιαγωγών;

Φωτογραφικές μονάδες: