Pooljuhtide tüübid: määratlus, omadused ja klassifikatsioon, rakendused

Erinevat tüüpi pooljuhtide (PP) levimus looduses on suur, kuid unikaalsete omadustega materjale ei teki ka mõne keemilise elemendi lisamisel teistele. Uutele ainetele antakse täiendavaid kasulikke omadusi, mis laiendavad kasutusala. Pooljuhtmaterjale kasutatakse nii üldehitustööstuses kui ka elektroonikatööstuses.

Definitsioon ja omadused

Pooljuhid on ained, millel on nõrgalt väljendunud metallide elektrilise läbilaskvuse omadused. ja isolaatorid samal ajal, on voolu liikumise sõltuvus temperatuurist, kiirgusest ja kontsentratsioonist lisandid. Pooljuhtide rühm näib olevat rohkem materjale kui metallid ja dielektrikud kokku. Ainete saadaolevad omadused on ainulaadsed:

1. PP elektriline eritakistus väheneb keha kuumutamisel, vastupidiselt metallidele, kus temperatuuri tõus põhjustab takistuse tõusu. Selle tulemusena suureneb juhtivus. Jahutades absoluutse nullini - miinus 273 ºC, omandavad PP-d võime muutuda isolaatoriteks, dielektrikuteks.
instagram viewer
2. Ühepoolne läbilaskvus pooljuhtide kontaktil 2 - see omadus andis tõuke alaldiseadmete loomisele: türistorid, dioodid ja transistorid.
3. Elektrilise liikumapaneva jõu tekkimine teatud tingimustel: pooljuhtide kontaktide kuumutamisel tekib termiline vool ja valgustus põhjustab fotoelektrilise efekti pinge. PP muudab päikeseenergia elektrivooluks ja metallesemel seda omadust ei ole.
4. Juhtivuse suurenemine saavutatakse lisandi, teise keemilise elemendi, lisamisega PP puhtasse kristallvõresse. Sellised ained on fosfor, boor ja muud räni lisandid.

Oma spetsiifiliste omaduste tõttu kasutatakse pooljuhtmaterjale laialdaselt: mikroelektroonika, masinate tööstuslik tootmine ja teatud tüüpi PP on ehituse tooraine materjalid. Elemente on mitut tüüpi, neil on erinevad eesmärgid ja individuaalsed disainifunktsioonid.

Pooljuhtide tüübid ja jaotus

PP-sid on palju ja mugavuse huvides klassifitseeritakse need erinevate kriteeriumide järgi. Pooljuhtide tüüpide suurim piiritlemine on tehtud koostise järgi:

1. Lihtsad materjalid: kristalsed keemilised elemendid seleen Se, räni Si, germaanium Ge on hõivanud oma niši kasutatakse ja rakendatakse iseseisvalt, erinevalt teistest, millele lisatakse saamiseks sagedamini legeerivaid lisandeid komposiit PP. Need on elemendid antimon Sb, süsinik C, telluur Te, boor B, jood I, väävel S.
2. Komplekssed pooljuhtmaterjalid - need sisaldavad keemilisi kombinatsioone 2, 3 või enama nimetusega. Kahest ühikust koosnevat PP-d nimetatakse binaarseks ja need eristavad komponenti, mille metalliomadused näivad nõrgemad: sulfiidid, väävli olemasolul, telluriidid (Te), arseniidid (As), karbiidid ©, seleniidid (Se).
3. Metalloksiidid - volfram, kaadmium, titaan, vask, molübdeen ja teised. Sellesse rühma kuuluvad baariumtitanaadil, tsingil ja muudel väikeste lisanditega elututel ühenditel põhinevad kompositsioonid.
4. Orgaanilised pooljuhid on värvained või looduslikud pigmendid amorfsete ja kristalsete pulbrite, kilede kujul.

Vastavalt teatud omaduste omamisele jagatakse PCB-d dioodideks, transistoriteks ja türistoriteks. Esimesed sisaldavad 2 erineva läbilaskvusega pooljuhtide kristalli. Disain on tehtud terava kujuga - ränist ja metallnõelast ning lame - germaaniumi ja indiumi sulamist.

Transistorid koosnevad 3 PP-st: kahel on võrdne voolu läbilaskevõime ja kolmandal on juhtivus vastupidise väärtusega. Seadme elemente nimetatakse baasiks, kollektoriks ja emitteriks. Kasutatakse elektriliste signaalide võimendina.

Türistorid on voolu liikumise muundurid. Need erinevad transistoridest eesmärgi poolest: nad ei saa voolu muuta: nende ülesanne on lülitada juhtivus kõrgele või madalale.

Universaalsete materjalide kasutamine

Esimest korda hakati PP-d elektrotehnikas kasutama seleeni vahelduvvoolualaldi tootmiseks. Sellest ajast alates on edusammud teinud suuri edusamme ja tänapäeval on pooljuhtmaterjale kasutavad seadmed kõikjal. Siin on mõned neist:

• germaanium- ja räniventiilid raadioelektroonikatööstuse integraallülitustes - miniatuursed transistorid, takistid ja dioodid, alalisvoolu ülekandeliinide kõrgepinge alaldid;
• variaatorid - erinevate pingete stabilisaatorid ja kõrgsageduslike elektrimootorite kiirusregulaatorid;
• termistorid (termistorid) - neil on kõrge temperatuurikindluse moodul ja neid kasutatakse automaatika- ja raadioelektroonikaseadmetes;
• ränil ja germaaniumil põhinevaid fotoelemente ja valgusdioode kasutatakse päikesepatareides loodusliku kiirgusenergia muundamiseks elektrivooluks, sealhulgas kosmoses;
• varistorid on mittelineaarsed takistused, neid kasutatakse kaitsena pinge piirväärtuste eest, selle stabiliseerimiseks telerites ja kuvarites;
• orgaanilised pooljuhid on keerulistes füüsikalis-keemilistes süsteemides ja bioloogilistes kudedes asendamatud: kõrge kiirguskindlus võimaldab neid kasutada kosmoses, OLED-telerites, monitorides ja kuvab.

Elektriseadmed on pooljuhtmaterjalide peamine, kuid mitte ainus eesmärk. Räni - sisaldus maakoores on 30%, seetõttu kasutatakse elementi ka proosalistel eesmärkidel.

Metallurgias kasutatakse Si eemaldamiseks hapnik sulab ning raua ja värviliste metallide kompositsioonide andmine suurendas korrosioonikindlust ja suurendas tugevust. Liigne kogus räni põhjustab rabedust.

Si-orgaaniliste ühendite ja silitsiidide tootmisel, tsemendi-, klaasi-, keraamika- ja elektritööstuses kasutatakse samuti pooljuhte. Kokku on PP kasutusvaldkondi enam kui 20, nende abiga lahendatakse erinevat tüüpi energia tootmise ja edastamise, soojuse ja külma tekitamise ning muude protsesside elluviimise küsimusi.