סוגי מוליכים למחצה: הגדרה, מאפיינים וסיווג, יישומים

השכיחות של סוגים שונים של מוליכים למחצה (PP) בטבע היא רבה, אך לא פחות חומרים בעלי תכונות ייחודיות נוצרים על ידי הוספת כמה יסודות כימיים לאחרים. חומרים חדשים מקבלים תכונות שימושיות נוספות המרחיבות את היקף היישום. חומרים מוליכים למחצה משמשים הן בתעשיות הבנייה הכלליות והן בתעשיית האלקטרוניקה.

הגדרה ומאפיינים

מוליכים למחצה הם חומרים בעלי תכונות בולטות חלשות של חדירות חשמלית של מתכות. ומבודדים בו זמנית, יש תלות של התנועה הנוכחית בטמפרטורה, קרינה וריכוז זיהומים. נראה שקבוצת המוליכים למחצה היא יותר חומרים מאשר מתכות ודיאלקטריות גם יחד. התכונות הזמינות של חומרים ייחודיות:

1. ההתנגדות החשמלית הספציפית של PP יורדת עם חימום הגוף, בניגוד למתכות, שבהן עלייה בטמפרטורה גורמת לעלייה בהתנגדות. כתוצאה מכך, המוליכות עולה. כאשר מקורר לאפס מוחלט - מינוס 273 ºC, PPs רוכשים את היכולת להפוך למבודדים, דיאלקטריים.
2. חד צדדיות על מגע 2 של מוליכים למחצה - מאפיין זה היה הדחף ליצירת התקני מיישר: תיריסטורים, דיודות וטרנזיסטורים.
3. הופעת כוח מניע חשמלי בתנאים מסוימים: כאשר מגעי המוליכים למחצה מחוממים, מופיע זרם תרמי, ותאורה גורמת למתח של האפקט הפוטואלקטרי. PP ממיר אנרגיה סולארית לזרם חשמלי, ולחפץ מתכת אין תכונה זו.
   instagram viewer
4. עלייה במוליכות מושגת על ידי החדרת טומאה, יסוד כימי נוסף, לתוך סריג הגביש הטהור של PP. חומרים כאלה יהיו זרחן, בורון ותוספים אחרים לסיליקון.

בשל תכונותיהם הספציפיות, השימוש בחומרים מוליכים למחצה הוא נרחב: מיקרואלקטרוניקה, ייצור תעשייתי של מכונות וסוגים מסוימים של PP הם חומרי גלם לבנייה חומרים. ישנם מספר סוגים של אלמנטים, יש להם מטרות שונות ותכונות עיצוב אינדיבידואליות.

סוגים וחלוקה של מוליכים למחצה

ישנם סוגים רבים של PP, ולמען הנוחות הם מסווגים לפי קריטריונים שונים. התיחום הגדול ביותר של סוגי מוליכים למחצה נעשה על ידי הרכב:

1. חומרים פשוטים: יסודות כימיים גבישיים סלניום Se, סיליקון Si, גרמניום Ge כבשו נישה משלהם להשתמש ומוחלים באופן עצמאי, שלא כמו אחרים, אשר מתווספים לעתים קרובות יותר עם תוספים סגסוגת להשיג PP מרוכב. אלו הם היסודות אנטימון Sb, פחמן C, טלוריום Te, בורון B, יוד I, גופרית S.
2. חומרים מוליכים למחצה מורכבים - הם כוללים שילובים כימיים בכמות של 2, 3 או יותר שמות. PP, המורכב משתי יחידות, נקראות בינאריות ומבדילות בין רכיב שתכונות המתכת שלו נראה חלש יותר: סולפידים, אם יש גופרית, טלורידים (Te), ארסנידים (As), קרבידים ©, סלנידים (Se).
3. תחמוצות מתכת - טונגסטן, קדמיום, טיטניום, נחושת, מוליבדן ואחרים. קבוצה זו כוללת קומפוזיציות המבוססות על בריום טיטנאט, אבץ ותרכובות דוממות אחרות עם תוספים קטנים.
4. מוליכים למחצה אורגניים הם צבעים או פיגמנטים טבעיים בצורה של אבקות אמורפיות וגבישיות, סרטים.

על פי החזקת מאפיינים מסוימים, PCB מחולקים לדיודות, טרנזיסטורים ותיריסטורים. הראשונים כוללים 2 גבישים של מוליכים למחצה בעלי חדירות שונה. העיצוב עשוי נקודתי - מסיליקון ומחט מתכת, ושטוח - סגסוגת של גרמניום ואינדיום.

טרנזיסטורים מורכבים מ-3 PPs: 2 בעלי יכולת שווה להעביר זרם, ולשלישי יש מוליכות עם הערך ההפוך. האלמנטים של המכשיר נקראים הבסיס, האספן והפולט. משמש כמגברים לאותות חשמליים.

תיריסטורים הם ממירי תנועה עכשוויים. הם שונים מטרנזיסטורים במטרתם: הם לא יכולים לשנות את הזרם: תפקידם להעביר את המוליכות לגבוהה או נמוכה.

יישום של חומרים אוניברסליים

בפעם הראשונה, PP בהנדסת חשמל החל לשמש לייצור מיישרי AC סלניום. מאז, ההתקדמות עשתה צעדים גדולים, וכיום מכשירים המשתמשים בחומרים מוליכים למחצה נמצאים בכל מקום. הנה כמה מהם:

• שסתומי גרמניום וסיליקון במעגלים משולבים של התעשייה הרדיו-אלקטרונית - טרנזיסטורים זעירים, נגדים ודיודות, מיישרי מתח גבוה לקווי תמסורת DC;
• וריאטורים - מייצבים של מתחים שונים ובקרי מהירות של מנועים חשמליים בתדר גבוה;
• תרמיסטורים (תרמיסטורים) - יש להם מודול התנגדות גבוה לטמפרטורה והם משמשים באוטומציה ומכשירי אלקטרוניקה רדיו;
• תאי פוטו ודיודות פולטות אור על בסיס סיליקון וגרמניום משמשים בסוללות סולאריות להמרת אנרגיית קרינה טבעית לזרם חשמלי, כולל בחלל;
• וריסטורים הם התנגדויות לא ליניאריות, הם משמשים כהגנה מפני ערכי גבול מתח, ייצוב בטלוויזיות ובצגים;
• מוליכים למחצה אורגניים הם הכרחיים במערכות פיזיקוכימיות מורכבות וברקמות ביולוגיות: גבוה עמידות לקרינה מאפשרת להשתמש בהם בחלל החיצון, בטלוויזיות OLED, צגים ו מציג.

מכשירים חשמליים הם המטרה העיקרית, אך לא היחידה, של חומרים מוליכים למחצה. סיליקון - התוכן בקרום כדור הארץ הוא 30%, לכן היסוד משמש גם למטרות פרוזאיות.

במטלורגיה, סי משמש להסרה חמצן נמס ומתן קומפוזיציות של ברזל ומתכות לא ברזליות אמינות מוגברת נגד קורוזיה, חוזק מוגבר. כמויות מוגזמות של סיליקון יגרמו לשבירות.

ייצור תרכובות סי-אורגניות וסיליקידים, תעשיות המלט, הזכוכית, הקרמיקה והחשמל משתמשות גם במוליך למחצה. בסך הכל, ישנם יותר מ-20 תחומי יישום של PP, בעזרתם הם פותרים את סוגיות היצירה וההעברה של סוגים שונים של אנרגיה, יצירת חום וקור, יישום תהליכים נוספים.