Կիսահաղորդչային հիմունքներ
Overview
Ժամանակակից տեխնոլոգիան հնարավոր է դարձնում կիսահաղորդիչների անվանումների նյութերի շնորհիվ: Բոլոր ակտիվ բաղադրիչները, ինտեգրված սխեմաները, microchips, տրանզիստորները, ինչպես նաեւ շատ տվիչները կառուցված են կիսահաղորդչային նյութերով: Թեեւ սիլիկոն է ամենատարածված եւ ամենատարածված օգտագործվող կիսահաղորդչային նյութը, որն օգտագործվում է էլեկտրոնիկայի մեջ, օգտագործվում է մի շարք կիսահաղորդիչների, այդ թվում, Գերմանիայի, Gallium Arsenide, Silicon Carbide, ինչպես նաեւ օրգանական կիսահաղորդիչների: Յուրաքանչյուր նյութը որոշակի առավելություններ է բերում սեղանին, ինչպիսիք են արժեքը / գործակիցը, արագագործությունը, բարձր ջերմաստիճանը կամ ազդանշանի ցանկալի արձագանքը:
Կիսահաղորդիչներ
Ինչն է կիսահաղորդիչները այնքան օգտակար դարձնում արտադրության գործընթացում ճշգրիտ վերահսկելու իրենց էլեկտրական հատկությունները եւ վարքագիծը: Կիսահաղորդչային հատկությունները վերահսկվում են կուտակիչի մեջ փոքր քանակությամբ խառնուրդների ավելացումով `դոպինգ կոչվող գործընթացով, տարբեր արտանետումներով եւ կոնցենտրացիաներով, որոնք արտադրում են տարբեր ազդեցություններ: Դոպինգը վերահսկելով, կարելի է վերահսկել էլեկտրական հոսանք կիսահաղորդչային միջոցով:
Տիպիկ դիրիժորում, պղնձի պես, էլեկտրոններն իրականացնում են ընթացքը եւ գործում որպես գանձիչ: Կիսահաղորդիչների մեջ էլեկտրոնները եւ «անցքերը», էլեկտրոնի բացակայությունը, գործում են որպես գանձող կրիչներ: Կիսահաղորդիչների դոպինգը վերահսկելով, հաղորդիչը եւ գանձիչը կարող են հարմարեցվել էլեկտրոնային կամ փոսի վրա հիմնված:
Կան երկու տեսակի դոպինգ, N-type եւ P-տիպ: Ն-տիպի dopants, սովորաբար ֆոսֆոր կամ մկնդեղ, ունի հինգ էլեկտրոն, որը կիսահաղորդիչին ավելացնում է լրացուցիչ անվճար էլեկտրոն: Քանի որ էլեկտրոնները բացասական լիցք են ունենում, այս ձեւով տարածված նյութը կոչվում է N-type: P- տիպի dopants, ինչպիսիք են բորն ու գալը, ունեն միայն երեք էլեկտրոն, ինչը հանգեցնում է կիսահաղորդչային բյուրեղյա էլեկտրոնի բացակայությանը, արդյունավետ կերպով ստեղծելով փոս կամ դրական լիցք, հետեւաբար P- տիպի անվանումը: Ն-տիպի եւ P- տիպի dopants- ները, նույնիսկ րոպեների քանակով, կկատարեն կիսահաղորդչային պատշաճ դիրիժոր: Այնուամենայնիվ, Ն-տիպը եւ P- տիպի կիսահաղորդչային սարքերը իրենց կողմից առանձնահատուկ չեն, լինելով պարզապես արժանապատիվ դիրիժորներ: Այնուամենայնիվ, երբ դուք դրանք շփվում եք միմյանց հետ, կազմելով PN հանգույց, դուք ստանում եք մի քանի տարբեր եւ շատ օգտակար վարքագծեր:
PN խաչմերուկի դիոդ
A PN հանգույց, ի տարբերություն յուրաքանչյուր նյութի առանձին, չի գործում որպես դիրիժոր: Փոխարենը թույլ տալով, որ ընթացիկ հոսքը հոսում է երկու ուղղությամբ, PN հանգույցը թույլ է տալիս ընթացիկ հոսքը մեկ ուղղությամբ `ստեղծելով հիմնական դիոդ: Առաջնային ուղղությամբ PN հանգույցի վրա գտնվող լարման կիրառումը (ՆԿԱ) նպաստում է N-տիպի տարածաշրջանում էլեկտրոնների միացմանը P-տիպի շրջանի անցքերի հետ: Դիոդի միջոցով ընթացիկ (հակադարձ կողմի) հոսքի հոսքը վերադարձնելու փորձերը ստիպում են հեռացնել էլեկտրոնները եւ անցքերը, որոնք խանգարում են հոսող հանգույցը անցնել: Համակցելով PN հանգույցները այլ եղանակներով դռները բացում է մյուս կիսահաղորդչային բաղադրիչներին, ինչպիսիք են տրանզիստորը:
Տրանզիստորներ
Հիմնական տրանզիստորը պատրաստվում է երեք N-տիպի եւ P-տիպի նյութերի հանգույցի համադրությունից, այլ ոչ թե երկօգտագործված դիոդում: Այս նյութերը միավորելը տալիս է NPN եւ PNP տրանզիստորները, որոնք հայտնի են որպես երկբեւեռային հանգույցի տրանզիստոր կամ BJTs: Կենտրոնը, կամ բազան, BJT- ն, թույլ է տալիս տրանզիստորը հանդես գալ որպես անջատիչ կամ ուժեղացուցիչ:
Մինչ NPN եւ PNP տրանզիստորները կարող են նմանվել երկու դիոդի, որոնք տեղադրվում են ետ, ինչը կարող է արգելակել բոլոր հոսքերը հոսող երկու ուղղությամբ: Երբ կենտրոնի շերտը առաջ է ընթանում, այնպես, որ փոքր հոսքը կենտրոնի շերտով հոսում է, կենտրոնի շերտի հետ ձեւավորված դիոդի հատկությունները փոխվում են, որպեսզի թույլ տան շատ ավելի մեծ հոսք դեպի ամբողջ սարքը: Այս վարքագիծը տալիս է տրանզիստորին փոքր հոսանքների ուժեղացման ունակություն եւ հանդես գալ որպես անջատիչ `ընթացիկ աղբյուրի վրա կամ անջատելով:
Տրանզիստորների եւ այլ կիսահաղորդչային սարքերի տարբեր տեսակներ կարող են կատարվել PN միացումները մի շարք եղանակներով, առաջադեմ հատուկ գործառնական տրանզիստորներից մինչեւ վերահսկվող դիոդներ: Հետեւյալները ընդամենը մի քանի բաղադրիչներ են, որոնք կատարվել են PN հանգույցների զգայուն համադրություններից:
- ԴԻԱԿ
- Լազերային դիոդ
- Light-emitting դիոդ (LED)
- Zener diode
- Դարլինգթ տրանզիստորը
- Field-effect transistor, ներառյալ MOSFETs
- IGBT տրանզիստորը
- Սիլիկոնային հսկվող շտկիչ (SCR)
- Ինտեգրացված միացում (ICs)
- Միկրոպրոցեսոր
- Թվային հիշողության - RAM եւ ROM
Սենսորներ
Բացի ընթացիկ հսկողությունից, որը թույլ է տալիս կիսահաղորդիչների թույլ տալ, նրանք ունեն նաեւ հատկություններ, որոնք ստեղծում են արդյունավետ սենսորներ: Նրանք կարող են զգայուն լինել ջերմաստիճանի, ճնշման եւ լույսի փոփոխությունների նկատմամբ: Դիմադրության փոփոխությունը ամենատարածված պատասխանն է կիսահաղորդչային տվիչի համար: Ստորեւ թվարկված կիսահաղորդչային հատկությունների միջոցով հնարավոր է դարձել սենսորների մի քանի տեսակներ:
- Hall ազդեցության սենսոր (մագնիսական դաշտի սենսոր)
- Թերմիստոր (դիմադրողական ջերմաստիճանի տվիչ)
- CCD / CMOS (պատկերային սենսոր)
- Photodiode (լույսի սենսոր)
- Photoresistor (լույսի սենսոր)
- Piezoresistive (ճնշման / լարվածության սենսորների)