Vad är halvledare hur fungerar det
Halvledare
Halvledare (halvledarmaterial) existerar kristallina ämne likt ej leder elektrisk ström lika god såsom enstaka chef, dock ej heller utesluter strömledning liksom enstaka isolator.
Halvledare kunna även avse ett halvledarkomponent, vilket existerar enstaka elektronisk komponent vilket existerar tillverkad genom för att en halvledarmaterial (vanligen kisel, germanium, galliumarsenid alternativt enstaka organisk halvledare) dopas tillsammans med andra ämnen.
Vad existerar ett halvledare?Vanliga halvledarkomponenter existerar dioder (halvledardioder) samt transistorer. Halvledarkomponenter inkapslas både likt enstaka diskreta komponenter samt såsom integrerade kretsar (IC-kretsar även kallade chip), var dem senare består från flera, upp mot miljardtals, transistorer samt andra elektroniska komponenter - tillverkade samt sammankopplade vid ett enda halvledarskiva (även kallat en substrat).
Halvledarkomponenter besitter sedan 1940-talet successivt ersatt elektronrör inom dem flesta elektroniska applikationer. Tidiga tillämpningsexempel från halvledarelektronik fanns transistorradio, datamaskin ifrån den andra generationen (1950-talet), miniräknare (1970-talet), LED-lampa, solcell, plattskärm samt SSD-minne. Tillverkningsindustrierna kallas halvledarfabriker, samt existerar huvudsakligen koncentrerade mot Taiwan samt andra asiatisk länder, ursprungligen mot Silicon Valley kring San Fransisco.
Ett rent halvledarmaterial såsom mot modell kisel leder ström genom termiskt exciterade elektroner. detta fullfölja för att ledningsförmågan inom en halvledarmaterial ökar dramatiskt tillsammans med temperaturen, då antalet tillgängliga exciterade elektroner ökar exponentiellt tillsammans med temperaturen. till vanliga chef sjunker däremot den elektriska ledningsförmågan eftersom spridning mot kristallgittrets rörelser, fononer, ökar.
Kisel liksom används inom halvledarkomponenter äger oftast tillsatts många små mängder från andra ämnen inom enstaka process likt kallas dopning, varvid ledningsförmågan ökar markant. Kisel finns inom IUPACgrupp 14 inom detta periodiska systemet (även kallad kolgruppen, tidigare omnämnd grupp IV). dem element såsom tillsätts befinner sig inom angränsande grupper, alltså inom team 13 (borgruppen, tidigare omnämnd grupp III) alternativt assemblage 15 (kvävegruppen, tidigare omnämnd grupp V).
tillskott från ett atom ur assemblage 15 (oftast arsenik alternativt fosfor), liksom äger ett elektron mer inom valensbandet än dem omgivande kiselatomerna, fullfölja för att denna elektron hamnar inom halvledarens ledningsband. vid motsvarande vis ger tillskott från en kurs ur team 13 (oftast aluminium alternativt bor) enstaka elektron mindre till dem omgivande atomerna.
detta resulterande hålet existerar ett därför kallad kvasipartikel, samt fungerar inom praktiken såsom ett positiv laddningsbärare.
Halvledare existerar motorerna vilket driver tekniska framsteg samt inspirerar mot innovation.Ett stycke halvledare vilket dopats tillsammans en ämne vilket ger extra elektroner kallas n-dopat, samt angående detta existerar dopat tillsammans med atomer tillsammans färre elektroner existerar detta p-dopat. Sammankopplingen mellan p-dopat samt n-dopat ämne kallas enstaka pn-övergång, samt leder (med vissa undantag) ström bara inom enstaka riktning.
Utveckling
[redigera | redigera wikitext]Halvledare besitter attribut likt tilldragit sig stort nyfikenhet beneath andra halvan från 1900-talet, sedan uppfinningen från transistorn inom slutet från 1940-talet. Transistorn existerar en förstärkarelement liksom äger väsentliga fördelar ovan detta äldre elektronröret. detta arbetar nära normal rumstemperatur samt kunna göras därför många mindre för att flera transistorer förmå bli en del av vid identisk halvledarplatta, en sålunda kallat "chip", mot enstaka integrerad krets ("IC").
En betydande egenskap inom bandgapet hos enstaka halvledare existerar för att dess storlek ger upphov mot fotoner inom identisk storleksordning likt synligt ljus.
Vad existerar enstaka halvledare?varenda halvledare existerar goda detektorer från ljus. Kisel sänder däremot ej ut ljus. från denna anledning används inom stället halvledare från ytterligare sort på grund av för att sända ljus, galliumarsenid (GaAs) samt indiumfosfid (InP). Delvis används ljuset mot lysdioder, dock man kunna även nyttja dem mot för att utföra lasrar.
Den moderna tidens optiska överföring äger gjorts möjlig genom för att nyttja lasrar samt detektorer från indiumfosfid.
Den kvist från fysiken vilket studera halvledare kallas halvledarfysik, halvledarelektronik alternativt halvledarkemi. Praktisk användning från halvledarkomponenter studeras inom elektronik.
Halvledare (halvledarmaterial) existerar kristallina ämne vilket ej leder elektrisk ström lika god liksom ett chef, dock ej heller utesluter strömledning vilket ett isolator.Halvledarkomponenter använder elektrisk ledning inom fast tillåtelse snarare än gasformigt status alternativt termjonisk emission inom en vakuum, samt komponenternas teknologi kallas därför även fasta tillståndets elektronik. Integrerade kretsar existerar modell vid mikroelektronik.
Elektronstruktur inom halvledare
[redigera | redigera wikitext]Halvledare innehar en antal användbara samt unika attribut relaterat mot dess elektronstruktur.
Elektroner inom fasta ämnen tenderar för att ta i besittning olika energiband. Energibandet likt associeras tillsammans med enstaka elektron inom dess grundtillstånd brukar kallas valensband. på grund av halvledare existerar elektroner inom detta grupp statiska, medan energibandet på grund av exciterade elektroner kallas ledningsbandet. Dessa elektroner tillåts röra sig fritt inom ledningsbandet samt äger ofta högre energi.
Vad existerar enstaka halvledare samt varför äger den komponenten sålunda massiv effekt vid hur flera fordon vilket är kapabel tillverkas?liksom namnet antyder förmå elektroner inom ledningsbandet leda elektricitet. Skillnaden inom energinivåer mellan valensbandet samt ledningsbandet kallas bandgap samt motsvarar den nödvändiga energin liksom behövs på grund av för att stimulera enstaka elektron inom valensbandet mot ledningsbandet. till vissa metaller, exempelvis magnesium, överlappar valens- samt ledningsbandet varandra, vilket motsvarar en negativt bandgap.
inom dessa situationer finns ständigt några elektroner inom ledningsbandet, samt materialet besitter upphöjd ledningsförmåga (konduktivitet). andra metaller, såsom exempelvis koppar, äger lediga platser inom valensbandet, samt även var är kapabel elektroner leda elektricitet, därav dessa metallers höga ledningsförmåga.
till isolatorer existerar valensbandet helt fullt samt bandgapet relativt högt, vilket motverkar ledningsförmåga. Halvledare äger enstaka liknande elektronisk struktur likt isolatorer äger, dock tillsammans en relativt lågt bandgap liksom existerar ofta mindre än 2 eV. eftersom bandgapet existerar relativt litet kunna elektronerna exciteras termiskt upp mot ledningsbandet samt därmed öka halvledarnas konduktivitet inom rumstemperatur.
Elektroner inom ledningsbandet äger ofta rörelsefrihet inom materialet såsom leder elektriciteten. Dessutom lämnar elektroner vilket exciteras mot ledningsbandet tomma platser efter sig inom valensbandet vilket motsvarar ett saknad elektron inom någon från dem kovalenta bindningarna. beneath effekt från elektriskt fält kommer ett något som ligger nära eller är i närheten valenselektron för att hoppa ovan mot den lediga positionen vilket ger nettoeffekten för att platserna rör sig.
Därav kunna den saknade elektronen betraktas såsom en "hål" tillsammans identisk möjligheter för att röra sig genom materialet liksom elektronerna besitter. Hål betraktas såsom enstaka elektriskt laddad partikel tillsammans identisk laddning såsom elektronen (1,6×10−19C), dock tillsammans med motsatt indikator. beneath effekt från elektriskt fält rör sig elektroner samt hål inom olika riktningar.
Elektroner existerar mer mobila än hål samt därav mer verksamma vilket ledningselektroner.
Halvledare plats termen vid allas läppar beneath 2021.eftersom både elektroner samt hål existerar kapabla för att leda elektricitet brukar dem benämnas bärare.
Koncentrationen från bärare existerar starkt beroende från temperaturen. enstaka ökning från temperaturen leder mot enstaka ökning från antalet bärare, samt motsvarar ett ökning från ledningsförmågan. Detta står inom kraftfull kontrast mot chef, såsom ofta tenderar för att ett fåtal sämre ledningsförmåga nära högre temperaturer.
Ovanstående princip används inom termistorer till för att mäta temperaturen.
Med halvledare menar man inom dagligt anförande dem datorchip vilket finns inom elektroniska produkter.Dopningen innebär för att antalet fria hål samt elektroner ökar.
Se konduktivitet till mer upplysning ifall elektrisk ledningsförmåga inom ämne.
Vanliga halvledare samt deras kemiska beteckning
[redigera | redigera wikitext]Källor
[redigera | redigera wikitext]- Phillips, James Charles (1973). Bonds and Bands in Semiconductors.
Materials science and technology. New York: Academic Press. ISBN 978-0125533508