Полупроводник

Полупроводникът е материал, който в някои случаи провежда електричество, но в други - не. Добрите електрически проводници, като медта или среброто, лесно пропускат електричество през тях. Материалите, които блокират протичането на електричество, като гума или пластмаса, се наричат изолатори. Изолаторите често се използват, за да предпазват хората от електрически удар. Както подсказва името, полупроводниците не провеждат електричество толкова добре, колкото проводниците. Силицият е най-използваният полупроводник, но се използва и галиев арсенид.

Чрез добавянето на различни атоми в кристалната решетка (мрежа) на полупроводника се променя неговата проводимост, като се получават полупроводници от n-тип и p-тип. Силицият е най-важният полупроводник в търговската мрежа, въпреки че се използват и много други. От тях могат да се направят транзистори, които представляват малки усилватели. Транзисторите се използват в компютри, мобилни телефони, цифрови аудиоплейъри и много други електронни устройства.

Подобно на другите твърди тела, електроните в полупроводниците могат да имат енергия само в определени диапазони (т.е. диапазони от енергийни нива) между енергията на основното състояние, съответстваща на електроните, плътно свързани с атомните ядра на материала, и енергията на свободния електрон, която е енергията, необходима на електрона да се освободи изцяло от материала.

Електронни компоненти на базата на полупроводници

История

Полупроводниците се изследват в лаборатории още през 30-те години на XIX век. През 1833 г. Майкъл Фарадей експериментира със сребърен сулфид. Той открива, че при нагряване материалът провежда по-добре електричество. Това е обратното на действието на медта. Когато медта се нагрява, тя провежда по-малко електричество. Редица други ранни експериментатори откриват други свойства на полупроводниците. През 1947 г. в Bell Labs в Ню Джърси е изобретен транзисторът. Това довежда до разработването на интегрални схеми, които днес захранват почти всички електронни устройства.

Полупроводниково легиране

Допинг

Допирането е процес на добавяне на малък примес към чист полупроводник, за да се променят електрическите му свойства. Леко и умерено легираните полупроводници се наричат външни. Полупроводник, легиран до толкова високи нива, че действа по-скоро като проводник, отколкото като полупроводник, се нарича дегенеративен. Повечето полупроводници са изработени от силициеви кристали. Чистият силиций има малко приложение, но легираният силиций е в основата на повечето полупроводници. Силициевата долина е наречена така заради големия брой стартиращи компании за полупроводници, които се намират там.

Полупроводници днес

Днес полупроводниците се използват навсякъде. Полупроводниците се намират в почти всяко електронно устройство. Настолните компютри, интернет, таблетите, смартфоните - всичко това не би било възможно без полупроводниците. Полупроводниците могат да бъдат превърнати в много прецизни превключватели с малко напрежение. Напрежението, от което полупроводникът не се нуждае, може да бъде изпратено към други електрически компоненти в устройството. Полупроводниците могат да бъдат направени и много малки и много от тях могат да се поберат в доста малка схема. Тъй като могат да бъдат направени толкова малки, електрическите устройства днес могат да бъдат направени тънки и леки, без да се прави компромис с мощността на обработка. Някои от доминиращите компании в бизнеса с полупроводници са Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm и Micron Technology.

Свързани страници

Въпроси и отговори

В: Какво представлява полупроводникът?

О: Полупроводникът е материал, който в някои случаи провежда електричество, но не и в други. Той не провежда електричество толкова добре, колкото добрите проводници като медта или среброто, и не блокира потока на електричество като изолаторите като гума или пластмаса.

Въпрос: Какво представляват полупроводниците от n-тип и p-тип?

О: Полупроводниците от N-тип и p-тип се създават чрез добавяне на различни атоми в кристалната решетка (мрежа) на полупроводника, което променя неговата проводимост.

В: За какво се използва силицият?

О: Силицият е най-важният търговски полупроводник и от него могат да се правят транзистори, които са малки усилватели, използвани в компютри, мобилни телефони, цифрови аудиоплейъри и много други електронни устройства.

В: Какви други материали се използват като полупроводници?

О: Освен силиций като полупроводник се използва и галиев арсенид.

В: Как се държат електроните в твърд материал?

О.: Електроните в твърдите материали могат да имат енергия само в рамките на определени ленти (т.е. диапазони от енергийни нива) между енергията на основното състояние, съответстваща на електроните, плътно свързани с атомните ядра на материала, и енергията на свободния електрон, която е енергията, необходима на електрона, за да излезе изцяло от материала.

Въпрос: Защо изолаторите често се използват за предпазване на хората от токов удар?

О: Изолаторите блокират потока на електричество, така че могат да се използват за защита на хората от токов удар, като не позволяват на електрическия ток да премине през тях.

В: Как работят транзисторите?

О.: Транзисторите действат като малки усилватели, които приемат входния сигнал и го усилват, преди да го изведат на по-високо ниво от първоначално подаденото.