Dispozitiv semiconductor
Dispozitivele semiconductoare sunt componente electronice care profită de proprietățile electronice ale materialelor semiconductoare , în primul rând siliciu , germaniu și arsenură de galiu . Dispozitivele semiconductoare au înlocuit supapele termionice în majoritatea aplicațiilor. Ei folosesc conducerea electronilor în stare solidă , mai degrabă decât în vid sau în stare gazoasă . Dispozitivele semiconductoare sunt disponibile ca componente discrete sau pot fi integrate împreună cu un număr mare, adesea milioane, de dispozitive similare pe un singur cip, numit circuit integrat ( denumit adesea IC: Circuit integrat ).
Descriere
Dacă un semiconductor este pur și nu este supus acțiunii unui câmp electric , acesta permite doar o mică conducere a curentului și este practic un izolator . Principalul motiv pentru care semiconductorii sunt atât de utili este că conductivitatea semiconductoarelor poate fi modificată prin adăugarea de impurități ( dopaj ), prin acțiunea unui câmp electric , prin expunerea la lumină sau prin alte mijloace. De exemplu, funcționarea CCD-urilor , unitățile de bază ale camerelor digitale , constă în faptul că conductivitatea semiconductorului crește odată cu expunerea la lumină. Funcționarea tranzistorului , care va fi discutată mai târziu, depinde de faptul că conductivitatea semiconductorului poate fi crescută prin prezența unui câmp electric.
Conducerea curentă într-un semiconductor are loc prin „electroni liberi” și „ găuri ”. Lacunele nu sunt particule reale; ele reprezintă lipsa unui electron , într-un sens care necesită o anumită cunoaștere a fizicii semiconductorilor pentru a fi înțeleasă. Cu toate acestea, această lipsă sau decalaj poate fi tratată ca omologul încărcat pozitiv al electronului încărcat negativ. Într-adevăr, chiar și sensul precis al „electronilor liberi” necesită o cunoaștere de bază a fizicii semiconductorilor pentru a fi înțeleasă. Pentru comoditate, „electronii liberi” sunt adesea denumiți pur și simplu „electroni”, dar trebuie avut în vedere faptul că majoritatea electronilor dintr-un solid nu sunt liberi și nu contribuie la conductivitate.
Dacă cristalul unui semiconductor este perfect pur și este menținut la o temperatură aproape de zero absolut fără stres (de exemplu câmpuri electrice sau lumină), acesta nu conține electroni liberi sau găuri și, prin urmare, este un izolator perfect. La temperatura camerei , excitațiile termice produc niște perechi și găuri de electroni liberi, dar majoritatea semiconductoarelor la temperatura camerei sunt practic izolatori.
Drogarea unui semiconductor, cum ar fi siliciu , cu atomi de impuritate, cum ar fi borul și fosforul, creează un număr inegal de electroni și găuri libere. Nivelurile ridicate de dopaj pot face un semiconductor un bun conductor. Atunci când un semiconductor dopat conține mai multe găuri decât electroni liberi se numește „tip p”, iar când conține mai mulți electroni liberi decât găuri se numește „tip n”. Materialul semiconductor al dispozitivelor este aproape întotdeauna bine dopat în scopuri tehnice. Joncțiunile dintre semiconductorii de tip n și p, numite joncțiuni pn , sunt elementele de bază ale multor dispozitive semiconductoare, cum ar fi dioda de joncțiune și tranzistorul de joncțiune bipolar .
Chiar și un câmp electric poate crea un număr inegal de electroni liberi și găuri într-un semiconductor. Aceasta este baza funcționării „tranzistoarelor cu efect de câmp” (FET: Field Effect Transistor ), cum ar fi MOSFET . Expunerea la lumină creează în general perechi de electroni / găuri într-un semiconductor, care îi schimbă conductivitatea și permit detectarea luminii.
Tranzistoare
Cel mai important dispozitiv semiconductor utilizat în prezent este MOSFET , un tip de tranzistor a cărui funcționare se află pe o „poartă”, care dă naștere unui câmp electric care controlează conductivitatea unui „canal”. MOSFET-urile, precum și alte tipuri de tranzistoare, sunt utilizate ca blocuri de bază ale porților logice . Rolul lor într-un microprocesor este, într-un fel, analog cu cel al neuronului din creier . În circuitele digitale, cum ar fi microprocesoarele, tranzistoarele acționează ca întrerupătoare deschise-închise; în MOSFET, de exemplu, tensiunea de acționare a porții determină dacă comutatorul este deschis sau închis.
Tranzistoarele sunt, de asemenea, fundamentale în circuitele analogice . Tranzistoarele utilizate în câmpul analogic nu se comportă ca întrerupătoare deschise-închise, dar la intrări variabile continuu răspund cu ieșiri care sunt, de asemenea, variabile continuu. De exemplu, tranzistoarele sunt baza amplificatoarelor , care produc un semnal amplificat la ieșire, dar încă identic (în mod ideal) cu intrarea. De ani de zile tranzistorul bipolar , sau BJT, a fost tranzistorul de referință pentru circuitele analogice. Cu toate acestea, MOSFET are caracteristici mult mai bune pentru circuitele digitale și, deoarece este dificil să se integreze BJT și MOSFET pe un singur cip, MOSFET-urile sunt acum utilizate în mod obișnuit atât pentru aplicații digitale, cât și pentru aplicații analogice.
Alte dispozitive semiconductoare
Tranzistorul este cel mai important dispozitiv semiconductor, dar există alte zeci de alte familii de dispozitive semiconductoare. Unele dintre cele mai importante dispozitive semiconductoare cu utilizare curentă sunt:
- Dispozitive cu două terminale :
- dioda semiconductoare
- diodă Zener
- LED ( diodă emițătoare de lumină )
- Diodă PIN
- Diodă Schottky
- diodă avalanșă
- diodă laser
- DIAC
- Celula solara
- Laser cu emisie de suprafață cu cavitate verticală (VCSEL)
- Dispozitive cu trei terminale:
- tranzistor bipolar (BJT)
- tranzistor cu efect de câmp (FET)
- Tranzistor Darlington
- Tranzistor bipolar cu poartă izolată ( IGBT )
- tiristor sau SCR
- Triac
- Tranzistor unijunction
- Gate Turn Off sau GTO
- Dispozitive cu patru terminale:
- Senzor de efect Hall (senzor de câmp magnetic) [1]
- Dispozitive multi-terminale (lista ar fi lungă; cele principale):
Dispozitive semiconductoare discrete
Identificarea dispozitivelor semiconductoare discrete depinde adesea de producător. Cu toate acestea, au existat încercări de a crea standarde pentru codurile de identificare, iar un subset de dispozitive le urmează. Pentru componentele discrete , de exemplu, există trei standarde: JEDEC JESD370B [2] în SUA , Pro Electron în Europa și Jis în Japonia .
Notă
- ^ IC-urile „senzor Hall” cu trei terminale sunt disponibile pe piață
- ^ ( EN ) Sistem de desemnare pentru dispozitive semiconductoare; fost RS-370-B; mai 2003
Elemente conexe
- Circuit integrat
- Fabricarea dispozitivelor semiconductoare
- Microprocesor
- Nanotehnologie
- RAM
- Citește numai memoria
- VLSI
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe un dispozitiv semiconductor
linkuri externe
- ( EN ) Dispozitiv semiconductor , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
| Controlul autorității | Tezaur BNCF 54368 |
|---|
