Como traballa electrónica

Basics de semicondutores

Visión xeral

A tecnoloxía moderna é posible grazas a unha clase de materiais chamados semicondutores. Todos os compoñentes activos, circuítos integrados, microchips, transistores, así como moitos sensores están construídos con materiais semicondutores. Aínda que o silicio é o material semiconductor máis utilizado e máis coñecido utilizado na electrónica, utilízase unha ampla gama de semicondutores, incluíndo o germanio, o arseniuro de galio, o carburo de silicio e os semicondutores orgánicos. Cada material trae certas vantaxes á táboa, como a relación custo / rendemento, o funcionamento de alta velocidade, a alta temperatura ou a resposta desexada a un sinal.

Semicondutores

O que fai que os semicondutores sexa tan útil é a capacidade de controlar con precisión as súas propiedades e comportamentos eléctricos durante o proceso de fabricación. As propiedades de semicondutores son controladas engadindo pequenas cantidades de impurezas no semicondutor a través dun proceso chamado doping, con diferentes impurezas e concentracións que producen diferentes efectos. Ao controlar o doping, pódese controlar a forma como se move unha corrente eléctrica a través dun semicondutor.

Nun condutor típico, como o cobre, os electróns levan a corrente e actúan como portador de carga. Nos semicondutores, tanto os electróns como os "furados", a ausencia dun electrón, actúan como portadores de carga. Ao controlar o dopado do semicondutor, a condutividade eo portador de carga pódense adaptar a base de electróns ou orificios.

Existen dous tipos de doping, N-type e P-type. Os dopantes de tipo N, típicamente fósforo ou arsénico, teñen cinco electróns, que cando se engade a un semicondutor proporciona un electrón extra adicional. Dado que os electróns teñen unha carga negativa, un material dopado deste xeito chámase N-type. Os dopantes de tipo P, como o boro eo galio, só teñen tres electróns que dan como resultado a ausencia dun electrón no cristal semicondutor, creando un burato ou unha carga positiva, de aí o nome de tipo P. Tanto os dopantes tipo N como o P, incluso en cantidades menores, farán que un semicondutor sexa un condutor decente. Non obstante, os semicondutores de tipo N e tipo P non son moi especiais por si mesmos, sendo só condutores decentes. Non obstante, cando os coloque en contacto entre si, formando unha unión PN, obteñas comportamentos moi diferentes e moi útiles.

Diodo de unión PN

Unha unión PN, a diferenza de cada material por separado, non actúa como un condutor. En vez de permitir que a corrente flúa en calquera dirección, unha unión PN só permite que a corrente flúa nunha dirección, creando un diodo básico. Aplicando unha tensión a través dunha unión PN na dirección dianteira (dianteiro) axuda a que os electróns na rexión de tipo N se combinen cos orificios da rexión de tipo P. Intentar reverter o fluxo de corrente (prexuízo inverso) a través do diodo obriga os electróns e os buracos separados que evitan que a corrente flúa pola intersección. A combinación de unións PN doutros xeitos abre as portas a outros compoñentes semicondutores, como o transistor.

Transistores

Un transistor básico faise da combinación da unión de tres tipos de tipo N e tipo P en lugar dos dous utilizados nun díodo. A combinación destes materiais produce os transistores NPN e PNP que se coñecen como transistores de unións bipolares ou BJTs. O centro, ou base, rexión BJT permite que o transistor actúe como un interruptor ou amplificador.

Mentres os transistores NPN e PNP poden parecer dous diodos colocados de volta para atrás, o que impediría que toda a corrente flúa en calquera dirección. Cando a capa central está prexudicada cara a adiante para que unha pequena corrente flúa pola capa central, as propiedades do díodo formado coa capa central permiten que flúa un corrente moito máis grande en todo o dispositivo. Este comportamento dá ao transistor a capacidade de amplificar pequenas correntes e actuar como un interruptor activando ou desactivando unha fonte de corrente.

Unha variedade de tipos de transistores e outros dispositivos semicondutores pódense crear combinando unións PN de varias maneiras, desde transistores de función avanzados e especiais a diodos controlados. Os seguintes son só algúns dos compoñentes fabricados a partir de combinacións coidadosas de unións PN.

Sensores

Ademais do control actual que permiten os semicondutores, tamén teñen propiedades que fan sensores efectivos. Pódense facer sensibles aos cambios de temperatura, presión e luz. Un cambio na resistencia é o tipo de resposta máis común para un sensor semi-conductor. Algúns dos tipos de sensores posibles por propiedades de semicondutores están listados a continuación.