Puslaidininkis

Puslaidininkis - tai medžiaga, kuri vienais atvejais praleidžia elektros srovę, o kitais - ne. Geri elektros laidininkai, pavyzdžiui, varis ar sidabras, lengvai praleidžia elektrą. Medžiagos, kurios blokuoja elektros srautą, pavyzdžiui, guma ar plastikas, vadinamos izoliatoriais. Izoliatoriai dažnai naudojami siekiant apsaugoti žmones nuo elektros smūgio. Kaip matyti iš pavadinimo, puslaidininkis ne taip gerai praleidžia elektros srovę kaip laidininkas. Dažniausiai naudojamas puslaidininkis yra silicis, tačiau naudojamas ir galio arsenidas.

Į puslaidininkio kristalinę gardelę (tinklelį) pridėjus skirtingų atomų, keičiasi jo laidumas - gaunami n ir p tipo puslaidininkiai. Silicis yra svarbiausias komercinis puslaidininkis, nors naudojama ir daug kitų. Iš jų galima pagaminti tranzistorius, kurie yra maži stiprintuvai. Tranzistoriai naudojami kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose, skaitmeniniuose garso grotuvuose ir daugelyje kitų elektroninių prietaisų.

Kaip ir kitų kietųjų kūnų, puslaidininkių elektronų energija gali būti tik tam tikrose juostose (t. y. energijos lygmenų diapazonuose) tarp pagrindinės būsenos energijos, atitinkančios elektronus, tvirtai surištus su medžiagos atomo branduoliais, ir laisvojo elektrono energijos, t. y. energijos, reikalingos elektronui visiškai ištrūkti iš medžiagos.

Puslaidininkiniai elektroniniai komponentai

Istorija

Puslaidininkiai buvo tiriami laboratorijose jau 1830-aisiais. 1833 m. Maiklas Faradėjus eksperimentavo su sidabro sulfidu. Jis pastebėjo, kad kaitinant medžiagą ji geriau praleidžia elektros srovę. Tai buvo priešinga vario veikimui. Šildomas varis mažiau praleidžia elektros srovę. Nemažai kitų ankstyvųjų eksperimentatorių atrado kitas puslaidininkių savybes. 1947 m. "Bell Labs" laboratorijoje Naujajame Džersyje buvo išrastas tranzistorius. Tai paskatino sukurti integrinius grandynus, kurie šiandien maitina beveik visus elektroninius prietaisus.

Puslaidininkių legiruotė

Dopingas

Dopingas - tai procesas, kai į gryną puslaidininkį pridedama nedidelė priemaiša, kad pasikeistų jo elektrinės savybės. Lengvai ir vidutiniškai legiruoti puslaidininkiai vadinami išoriniais. Puslaidininkis, kuris legiruotas taip stipriai, kad veikia labiau kaip laidininkas, o ne kaip puslaidininkis, vadinamas degeneruotuoju. Dauguma puslaidininkių yra pagaminti iš silicio kristalų. Grynas silicis yra mažai naudingas, tačiau daugumos puslaidininkių pagrindas yra legiruotas silicis. Silicio slėnis pavadintas dėl daugybės jame įsikūrusių pradedančiųjų puslaidininkių bendrovių.

Puslaidininkiai šiandien

Šiandien puslaidininkiai naudojami labai plačiai. Puslaidininkių galima rasti beveik kiekviename elektroniniame įrenginyje. Staliniai kompiuteriai, internetas, planšetiniai kompiuteriai, išmanieji telefonai - visa tai nebūtų įmanoma be puslaidininkių. Iš puslaidininkių galima padaryti labai tikslius jungiklius, naudojant nedidelę įtampą. Įtampą, kurios nereikia puslaidininkiui, galima siųsti kitiems prietaiso elektriniams komponentams. Puslaidininkiai taip pat gali būti pagaminti labai maži ir daugelis jų gali tilpti į gana mažą grandinę. Kadangi juos galima pagaminti tokius mažus, šiandien elektros prietaisai gali būti ploni ir lengvi, nesumažinant apdorojimo galios. Kai kurios iš dominuojančių puslaidininkių verslo bendrovių yra "Intel Corporation", "Samsung Electronics", TSMC, "Qualcomm" ir "Micron Technology".

Susiję puslapiai

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra puslaidininkis?

Atsakymas: Puslaidininkis yra medžiaga, kuri vienais atvejais praleidžia elektros srovę, o kitais - ne. Ji nelaidi taip gerai kaip geri elektros laidininkai, tokie kaip varis ar sidabras, ir neblokuoja elektros srauto kaip izoliatoriai, tokie kaip guma ar plastikas.

K: Kas yra n ir p tipo puslaidininkiai?

A: N ir p tipo puslaidininkiai sukuriami į puslaidininkio kristalinę gardelę (tinklelį) įterpiant skirtingus atomus, kurie pakeičia jo laidumą.

K: Kam naudojamas silicis?

A: Silicis yra svarbiausias komercinis puslaidininkis, iš jo galima gaminti tranzistorius - mažus stiprintuvus, naudojamus kompiuteriuose, mobiliuosiuose telefonuose, skaitmeniniuose garso grotuvuose ir daugelyje kitų elektroninių prietaisų.

K: Kokios kitos medžiagos naudojamos kaip puslaidininkiai?

A: Be silicio, kaip puslaidininkis taip pat naudojamas galio arsenidas.

K: Kaip elektronai elgiasi kietoje medžiagoje?

A: Kietosiose medžiagose elektronai gali turėti energijas tik tam tikrose juostose (t. y. energijos lygmenų diapazonuose) tarp pagrindinės būsenos energijos, atitinkančios elektronus, tvirtai surištus su medžiagos atomų branduoliais, ir laisvojo elektrono energijos, t. y. energijos, reikalingos elektronui visiškai ištrūkti iš medžiagos.

K: Kodėl izoliatoriai dažnai naudojami žmonėms apsaugoti nuo elektros smūgio?

Atsakymas: Izoliatoriai blokuoja elektros srovės srautą, todėl jie gali būti naudojami žmonėms apsaugoti nuo elektros smūgio, nes neleidžia elektros srovei per juos tekėti.

K: Kaip veikia tranzistoriai?

A.: Tranzistoriai veikia kaip maži stiprintuvai, kurie priima įvesties signalą ir jį sustiprina, o po to išleidžia aukštesnio lygio signalą, nei buvo įvestas iš pradžių.