Elementele electronice de bază: Ce este un semiconductor? - manechinele

Semiconductorii sunt utilizați pe scară largă în circuite electronice. După cum sugerează și numele, un semiconductor este un material care conduce curent, dar numai parțial. Conductivitatea unui semiconductor este undeva între cea a unui izolator, care nu are aproape nici o conductivitate, și un conductor, care are aproape o conductivitate completă. Majoritatea semiconductorilor sunt cristale din anumite materiale, cel mai frecvent siliciu.

Pentru a înțelege modul în care semiconductorii funcționează, trebuie mai întâi să înțelegeți puțin despre modul în care electronii sunt organizați într-un atom. Electronii dintr-un atom sunt organizați în straturi. Aceste straturi sunt numite shell-uri . Învelișul exterior este denumit coajă valență .

Electronii din această coajă sunt cei care formează legături cu atomii învecinați. Astfel de legături se numesc legături covalente . Majoritatea conducătorilor au doar un electron în cochilia de valență. Semiconductorii, pe de altă parte, de obicei au patru electroni în cochilia lor de valență.

cristale . Semiconductorii sunt realizați din astfel de cristale, de obicei cristale de siliciu. Aici, fiecare cerc reprezintă un atom de siliciu, iar liniile dintre atomi reprezintă electronii partajați. Fiecare din cei patru electroni de valență din fiecare atom de siliciu este împărțit cu un atom de siliciu învecinat. Astfel, fiecare atom de siliciu este legat cu alți patru atomi de siliciu.

Cristalele pure de siliciu nu sunt toate utile în mod electronic. Dar dacă introduceți mici cantități de alte elemente într-un cristal, cristalul începe să se descurce într-un mod interesant.

Procesul de introducere deliberată a altor elemente într-un cristal este numit

doping . Elementul introdus de dopaj este numit dopant . Prin controlarea cu atenție a procesului de dopaj și a dopanților utilizați, cristalele de siliciu se pot transforma în unul din cele două tipuri distincte de conductori: Semiconductor de tip N:

• Creat când dopantul este un element care are cinci electroni stratul de valență. Fosforul este utilizat în mod obișnuit în acest scop. Atomii fosforului se alătură chiar în structura cristalină a siliciului, fiecare legând împreună cu patru atomi de siliciu adiacenți, la fel ca un atom de siliciu. Deoarece atomul de fosfor are cinci electroni în cochilia lui de valență, dar numai patru dintre ele sunt legate la atomii adiacenți, cel de-al cincilea electron de valență este lăsat să stea fără nici o legătură.

  Electronii de valență suplimentară din atomii de fosfor încep să se comporte ca electronii singulari de valență într-un conductor obișnuit, cum ar fi cuprul. Sunt liberi să se miște. Deoarece acest tip de semiconductor are electroni suplimentari, se numește semiconductor de tip

  N. Semiconductor de tip P:

  

• Se întâmplă când dopantul (cum ar fi borul) are doar trei electroni în carcasa valenței. Atunci când o cantitate mică este încorporată în cristal, atomul este capabil să se lege cu patru atomi de siliciu, dar având doar trei electroni de oferit, este creată o gaură . Gaura se comportă ca o sarcină pozitivă, astfel încât semiconductorii dopați în acest fel sunt numiți semiconductori de tip P. Ca o sarcină pozitivă, găurile atrag electroni. Dar când un electron se mișcă într-o gaură, electronul lasă o nouă gaură în locația sa anterioară. Astfel, într-un semiconductor de tip P, găurile se mișcă constant în jurul cristalului, pe măsură ce electronii încearcă în mod constant să-i umple. Când se aplică tensiune la un semiconductor de tip N sau de tip P, curentul curge din același motiv că curge într-un conductor obișnuit: partea negativă a tensiunii împinge electronii, iar partea pozitivă le trage. Rezultatul este că mișcarea electronică și gaura aleatorie care este prezentă întotdeauna într-un semiconductor devine organizată într-o direcție, creând curent electric măsurabil.