מכשיר המוליכים למחצה מורכב מחומר שאינו מוליך טוב ואינו מבודד טוב, הוא נקרא מוליך למחצה. מכשירים כאלה הקימו יישומים רחבים בגלל האמינות, הקומפקטיות והעלות הנמוכה שלהם. אלה הם רכיבים נפרדים המשמשים בהתקני חשמל, חיישנים אופטיים דחוסים, וגורמי אור, כולל לייזרים במצב מוצק. יש להם מגוון רחב של יכולות טיפול בזרם ומתח, עם דירוג זרם של יותר מ -5,000 אמפר ודירוג מתח של יותר מ -100,000 וולט. יותר חשוב, התקני מוליכים למחצה להשאיל את עצמם להשתלב במעגלים מיקרו-אלקטרוניים מורכבים אך בונים בקלות. יש להם עתיד אפשרי, המרכיבים העיקריים של רוב המערכות האלקטרוניות, כולל תקשורת עם ציוד לעיבוד נתונים, צרכנים ובקרה תעשייתית.
מהם התקני מוליכים למחצה?
התקני מוליכים למחצה אינם אלא רכיבים אלקטרוניים המנצלים את המאפיינים האלקטרוניים של חומרי מוליכים למחצה, כמו סיליקון, גרמניום וגליום ארסניד, כמו גם מוליכים למחצה אורגניים. התקני מוליכים למחצה החליפו צינורות ואקום ביישומים רבים. הם משתמשים בהולכה אלקטרונית במצב מוצק בניגוד לפליטה התרמית בוואקום גבוה. התקני מוליכים למחצה מיוצרים הן להתקנים בדידים והן עבור מעגלים משולבים , המורכבים מכמה ועד מיליארדי מכשירים המיוצרים ומחוברים זה לזה על גבי מצע מוליך למחצה יחיד או רקיק.
התקני מוליכים למחצה
חומרים של מוליכים למחצה שימושיים בהתנהגותם אשר ניתנים למניפולציה בקלות על ידי תוספת של זיהומים המכונה סימום. ניתן לשלוט על מוליכות מוליכים למחצה על ידי השדה החשמלי או המגנטי, על ידי חשיפה לאור או לחום, או על ידי עיוות מכני של רשת גבישית מונו מסוממת, ולכן מוליכים למחצה יכולים ליצור חיישנים מצוינים. הולכה נוכחית במוליכים למחצה מתרחשת ללא אלקטרונים וחורים, המכונים יחד נושאי מטען. סימום של סיליקון נעשה על ידי הוספת כמות קטנה של אטומי טומאה וגם עבור זרחן או בורון, מגדיל משמעותית את מספר האלקטרונים או החורים בתוך המוליך למחצה.
כאשר מוליך למחצה מסומם מכיל חורים עודפים הוא נקרא 'מוליך למחצה מסוג p' (חיובי לחורים), וכאשר הוא מכיל עודף כלשהו של אלקטרונים חופשיים, הוא מכונה 'מוליך למחצה מסוג n' (שלילי לאלקטרונים), הוא סימן לחיוב של רוב חברות המטען הניידות. הצמתים שנוצרו כאשר מוליכים למחצה מסוג n ו- p מחוברים זה לזה נקראים צומת p – n.
דיודה
מוליך למחצה דיודה היא מכשיר מורכב בדרך כלל מצומת פן יחיד. הצומת של מוליכים למחצה מסוג p ו- n מהווה אזור דלדול שבו ההולכה הנוכחית שמורה על ידי היעדר מובילי מטען ניידים. כאשר המכשיר מוטה קדימה, אזור הדלדול הזה מצטמצם, מה שמאפשר הולכה משמעותית, כאשר הדיודה מוטה לאחור, ניתן להשיג את הזרם היחיד פחות ולהאריך את אזור הדלדול. חשיפת מוליכים למחצה לאור יכולה לייצר זוגות חורי אלקטרונים, מה שמגדיל את מספר הנשאים החופשיים ובכך את המוליכות. דיודות המותאמות לניצול תופעה זו מכונות פוטודיודות. דיודות מוליכים למחצה מורכבות משמשות גם ליצירת דיודות פולטות אור ודיודות לייזר.
דיודה
טרָנזִיסטוֹר
טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי נוצרים על ידי שני צמתים p-n, בתצורת p-n-p או n-p-n. האמצע או הבסיס, האזור בין הצמתים הוא בדרך כלל צר מאוד. האזורים האחרים, והמסופים הקשורים אליהם, ידועים בשם הפולט והאספן. זרם קטן המוזרק דרך הצומת בין הבסיס לפולט משנה את המאפיינים של צומת אספן הבסיס כך שהוא יכול להיות מוליך זרם למרות שהוא מוטה הפוך. זה יוצר זרם גדול יותר בין הקולט לפולט, ונשלט על ידי זרם הפולט הבסיסי.
טרָנזִיסטוֹר
סוג אחר של טרנזיסטור בשם טרנזיסטור אפקט שדה , הוא פועל על פי העיקרון שמוליכות מוליכים למחצה יכולה לעלות או להקטין על ידי נוכחות של שדה חשמלי. שדה חשמלי יכול להגדיל את מספר האלקטרונים והחורים במוליכים למחצה, ובכך לשנות את המוליכות שלו. השדה החשמלי עשוי להיות מיושם על ידי צומת p-n מוטה הפוכה, והוא יוצר טרנזיסטור אפקט שדה צומת (JFET) או על ידי אלקטרודה המבודדת מהחומר הבולט על ידי שכבת תחמוצת, והיא יוצרת טרנזיסטור אפקט שדה של מוליכים למחצה מתכתיים (MOSFET).
עכשיו היום הכי בשימוש ב- MOSFET, מכשיר מצב מוצק והתקני מוליכים למחצה. אלקטרודת השער טעונה לייצור שדה חשמלי שיכול לשלוט על המוליכות של 'תעלה' בין שני מסופים, נקרא מקור וניקוז. תלוי בסוג המוביל בערוץ, המכשיר עשוי להיות ערוץ n (עבור אלקטרונים) או ערוץ p (עבור חורים) MOSFET.
חומרי התקן מוליכים למחצה
הסיליקון (Si) הוא החומר הנפוץ ביותר במכשירי מוליכים למחצה. יש לו עלות חומרי גלם נמוכה יותר ותהליך פשוט יחסית. טווח הטמפרטורות השימושי שלה הופך אותו כיום לפשרה הטובה ביותר בין החומרים המתחרים השונים. סיליקון המשמש לייצור מכשירי מוליכים למחצה מיוצר כיום לקערות בקוטר גדול מספיק כדי לאפשר ייצור ופלים של 300 מ'מ (12 אינץ ').
הגרמניום (Ge) היה בשימוש נרחב בחומר מוליך למחצה מוקדם, אך הרגישות התרמית שלו הופכת פחות שימושית מסיליקון. כיום, גרמניום הוא לעתים קרובות מסגסוג עם (Si) סיליקון לשימוש במכשירי SiGe מהירים מאוד יבמ היא היצרנית העיקרית של מכשירים כאלה.
גליום ארסניד (GaAs) נמצא בשימוש נרחב גם במכשירים מהירים, אך עד כה היה קשה ליצור קערות בקוטר גדול של חומר זה, והגבילו את גודל הקוטר של רקיק קטן משמעותית מפלי סיליקון ובכך הפך ייצור המוני של גליום ארסניד. (GaAs) מכשירים יקרים משמעותית מסיליקון.
רשימת התקני מוליכים למחצה נפוצים
רשימת התקני המוליכים למחצה הנפוצים כוללת בעיקר שני מסופים, שלושה מסופים וארבעה התקני מסוף.
התקני מוליכים למחצה נפוצים
המכשירים הדו-מסופיים הם
- דיודה (דיודת מיישר)
- דיודת גון
- דיודות IMPACT
- דיודת לייזר
- דיודת זנר
- דיודת שוטקי
- דיודת PIN
- דיודת מנהרה
- דיודה פולטת אור (LED)
- טרנזיסטור צילום
- תא תאים
- תא סולרי
- דיודת דיכוי מתח חולף
- VCSEL
התקנים עם שלושה מסופים הם
- טרנזיסטור דו קוטבי
- טרנזיסטור אפקט שדה
- טרנזיסטור דרלינגטון
- טרנזיסטור דו קוטבי בעל שער מבודד (IGBT)
- טרנזיסטור Unijunction
- מיישר בשליטה על סיליקון
- תיריסטור
- טריאק
התקנים עם ארבעה מסופים הם
- מצמד תמונות (מצמד אופטי)
- חיישן אפקט הול (חיישן שדה מגנטי)
יישומי התקני מוליכים למחצה
כל סוגי הטרנזיסטורים יכולים לשמש כ- אבני בניין של שערי לוגיקה , אשר שימושי לתכנון מעגלים דיגיטליים. במעגלים דיגיטליים כמו מיקרו-מעבדים, טרנזיסטורים שפועלים כמתג (מופעל) ב- MOSFET, למשל, המתח המופעל על השער קובע אם המתג מופעל או כבוי.
הטרנזיסטורים משמשים למעגלים אנלוגיים אינם פועלים כמתגים (מופעלים) יחסית, הם מגיבים לטווח רציף של קלט עם טווח פלט רציף. מעגלים אנלוגיים נפוצים כוללים מתנדים ומגברים. המעגלים המתממשקים או מתורגמים בין מעגלים אנלוגיים למעגלים דיגיטליים ידועים כמעגלים עם אות מעורב.
יתרונות התקני מוליכים למחצה
- מכיוון שלמכשירי מוליכים למחצה אין חוטים, ולכן אין צורך בכוח כדי לחמם כדי לגרום לפליטת אלקטרונים.
- מכיוון שלא נדרש חימום, התקני מוליכים למחצה מופעלים ברגע שהמעגל מופעל.
- במהלך הפעולה התקני מוליכים למחצה אינם מייצרים רעש זמזום.
- התקני מוליכים למחצה דורשים פעולה במתח נמוך בהשוואה לצינורות ואקום.
- בשל המידות הקטנות שלהם, המעגלים הכוללים התקני מוליכים למחצה הם קומפקטיים מאוד.
- התקני מוליכים למחצה הם הוכחה לזעזוע.
- התקני מוליכים למחצה זולים יותר בהשוואה לצינורות ואקום.
- להתקני מוליכים למחצה יש חיים כמעט בלתי מוגבלים.
- מכיוון שלא צריך ליצור ואקום בהתקני מוליכים למחצה, אין להם שום בעיות הידרדרות ואקום.
חסרונות של התקני מוליכים למחצה
- רמת הרעש גבוהה יותר בהתקני מוליכים למחצה בהשוואה לזו שבצינורות הוואקום.
- התקני מוליכים למחצה רגילים אינם יכולים להתמודד עם כוח רב יותר כמו שצינורות ואקום רגילים יכולים לעשות.
- בטווח תדרים גבוה יש להם מגיב גרוע.
לפיכך, מדובר בסוגים שונים של התקני מוליכים למחצה הכוללים שני מסופים, שלושה מסופים וארבעה התקני מסוף. אנו מקווים שיש לך הבנה טובה יותר של מושג זה. יתר על כן, כל ספק בנוגע למושג זה או לפרויקטים חשמליים ואלקטרוניים, אנא הוסף משובך על ידי תגובה בסעיף ההערות למטה. הנה שאלה עבורך, מהם היישומים של התקני מוליכים למחצה?
נקודות זיכוי:
- דיודה wonderhowto
- חומרי התקן מוליכים למחצה wonderwhizkids
- סוגי התקני מוליכים למחצה ויקימדיה
