Проще говоря, полупроводниковые устройства представляют собой тип электронных компонентов, которые спроектированы, разработаны и изготовлены на основе таких полупроводниковых материалов, как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs).
С момента их использования в конце 1940-х (или начале 1950-х) полупроводники стали основным материалом при производстве электроники и ее вариантов, таких как оптоэлектроника и термоэлектроника.
До использования полупроводниковых материалов в электронных устройствах вакуумные лампы использовались в конструкции электронных компонентов. Основное различие между электронными лампами и полупроводниковыми устройствами заключается в том, что в электронных лампах проводимость электронов происходит в газообразном состоянии, тогда как в случае полупроводниковых устройств это происходит в «твердом состоянии». Полупроводниковые устройства можно найти как в виде дискретных компонентов, так и в виде интегральных схем.
Почему полупроводники?
Основная причина использования полупроводниковых устройств (лежащих в основе полупроводниковых материалов) в производстве электронных устройств и компонентов - это возможность легко управлять проводимостью носителей заряда, то есть электронов и дырок.
Как упоминалось ранее, электропроводность полупроводниковых материалов находится между проводниками и изоляторами. Даже эта проводимость может контролироваться внешними или внутренними факторами, такими как электрическое поле, магнитное поле, свет, температура и механические искажения.
Пока что игнорируя внешние факторы, такие как температура и свет, процесс, называемый легированием, обычно выполняется с полупроводниковыми материалами, когда в его структуру вводятся примеси, чтобы изменить структурные, а также электрические свойства.
Чистый полупроводник известен как внутренний полупроводник, в то время как нечистый или легированный полупроводник известен как внешний полупроводник.
Когда количество свободных электронов в полупроводниковой структуре увеличивается после легирования, полупроводник известен как полупроводник n-типа. Точно так же, если количество отверстий увеличено, он известен как полупроводник p-типа.
Собственная проводимость полупроводников
Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение освободившихся электронов и "дырок" происходит беспорядочно и поэтому не создает электрический ток.
Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядочное (встречное) движение, образуя электрический ток. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников. При этом движение электронов создает электронную проводимость, а движение дырок - дырочную проводимость.
Различные типы полупроводниковых приборов
Ниже приводится небольшой список некоторых из наиболее часто используемых полупроводниковых устройств. В зависимости от физической структуры устройства следующий список подразделяется на устройства с двумя терминалами и устройства с тремя терминалами.
Двухконтактные полупроводниковые приборы
Диод
Диод Шоттки
Светоизлучающий диод (LED)
DIAC
Стабилитрон
Фотодиод (фототранзистор)
PIN-диод
Лазерный диод
Туннельный диод
Фото ячейка
Солнечная батарея
Диод Ганна
IMPATT диод
TVS-диод (диод для подавления переходных напряжений)
VCSEL (лазер с вертикальным резонатором, излучающий поверхность)
Трехконтактные полупроводниковые приборы
Биполярный транзистор
Полевой транзистор
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
Транзистор Дарлингтона
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
ТРИАК
Тиристор
Однопереходный транзистор
Есть также несколько полупроводников с четырьмя выводами, таких как оптопара (оптопара) и датчик Холла.
Применение полупроводниковых приборов
Как упоминалось ранее, полупроводниковые приборы являются основой почти всех электронных устройств. Некоторые из применений полупроводниковых устройств:
Транзисторы - основные компоненты в различных интегральных схемах, таких как микропроцессоры.
Фактически, они являются основными компонентами в конструкции логических вентилей и других цифровых схем.
Транзисторы также используются в аналоговых схемах, таких как усилители и генераторы.
ДАНО
L = 150 см - длина проводника.
S = 0.025 мм² - сечение проводника
Материал проводника - железо.
I = 250 мА - сила тока
НАЙТИ: U = ? - напряжение.
РЕШЕНИЕ
Сопротивление проводника по формуле:
R = ro*L/S -сопротивление.
Вычисляем в системе СИ.
ro = 10* 10⁻⁸ (Ом*м) - удельное сопротивление железа.
L = 150 см = 1,5 м - длина
S = 0.025 мм² = 0.025*10⁻⁶ = 2.5-10⁻⁸ м² - сечение провода
Вычисляем сопротивление:
R = 10*10⁻⁸ * 1.5 : (2.5*10⁻⁸) = 15 :2.5 = 6 Ом - сопротивление.
Напряжение по закону Ома (I = 250 мА = 0,25 А)
U = I*R = 6*0.25 = 1.5 В - напряжение - ОТВЕТ
