Elektronik Grundlagen: Was ist ein Halbleiter?
Halbleiter extensiv in elektronischen Schaltungen eingesetzt. Wie der Name schon sagt, ein semiconductoris ein Material, das teilweise Strom, sondern nur durchführt. Die Leitfähigkeit eines Halbleiter liegt irgendwo zwischen dem eines Isolators, die fast keine Leitfähigkeit aufweist, und einen Leiter, die fast vollständige Leitfähigkeit aufweist. Die meisten Halbleiter-Kristalle bestimmter Materialien, am häufigsten Silizium.
Um zu verstehen, wie Halbleiter funktionieren, müssen Sie zunächst etwas über verstehen, wie Elektronen in einem Atom organisiert. Die Elektronen in einem Atom sind in Schichten organisiert. Diese Schichten werden genannt Muscheln. Die äußerste Schale genannt Wertigkeit Schale.
Die Elektronen in dieser Schale sind diejenigen, die Bindungen mit benachbarten Atomen bilden. Solche Bindungen sind aufgerufen, kovalente Bindungen. Die meisten Leiter haben nur ein Elektron in der Valenzschale. Halbleiter, andererseits haben in der Regel vier Elektronen in ihrer Valenzschale.
Wenn alle benachbarten Atomen des gleichen Typs sind, ist es möglich, dass alle die Valenzelektronen von anderen Atomen mit Valenzelektronen zu binden. Wenn das geschieht, ordnen sich die Atome selbst in Strukturen genannt Kristalle. Halbleiter werden aus solchen Kristallen, meist Siliziumkristalle.
Hier stellt jeder Kreis ein Siliciumatom, und die Linien zwischen den Atomen darstellen, die freigegebenen Elektronen. Jede der vier Valenzelektronen in jedem Siliciumatom mit einem Siliciumatom benachbarten geteilt. Somit wird jedes Siliciumatom mit vier anderen Siliciumatome gebunden sind.
Reines Silizium-Kristalle sind nicht alles, was nützlich elektronisch. Aber wenn man kleine Mengen anderer Elemente in einen Kristall einzuführen, beginnt der Kristall auf interessante Weise durchzuführen.
Der Prozess der absichtlich die Einführung anderer Elemente in einen Kristall genannt wird Doping. Das Element durch Dotieren eingebracht wird, genannt Dotierstoff. Durch eine sorgfältige Dotierungsverfahren zu steuern und die Dotierungsmittel, die verwendet werden, Silizium-Kristalle können in eine von zwei unterschiedlichen Typen von Leitern verwandeln:
N-Typ-Halbleiter: Erzeugt, wenn das Dotierungsmittel ein Element ist, das fünf Elektronen in seiner Valenz Schicht aufweist. Phosphor wird üblicherweise für diesen Zweck verwendet.
Die Phosphoratome verbinden rechts in der Kristallstruktur des Siliziums, die jeweils eine Verbindung mit vier benachbarten Siliciumatome wie nur ein Siliciumatom würde. Weil das Phosphoratom fünf Elektronen in der Valenzschale, aber nur vier von ihnen sind an benachbarte Atome gebunden sind, wird der fünfte Valenzelektronen links mit nichts hängen zu verkleben zu.
Die zusätzlichen Valenzelektronen in den Phosphoratomen beginnen, wie die einzelnen Valenzelektronen in einem regulären Leiter wie Kupfer zu verhalten. Sie sind frei, sich zu bewegen. Da diese Art von Halbleiter zusätzliche Elektronen hat, nennt man das eine N-Typ-Halbleiter.
P-Typ-Halbleiter: passiert, wenn der Dotierstoff (beispielsweise Bor) nur drei Elektronen in der Valenzschale aufweist. Wenn eine kleine Menge in den Kristall eingebracht wird, ist das Atom der Lage, mit vier Siliciumatome zu binden, aber da es nur drei Elektronen, ein anzubieten Loch geschaffen. Das Loch verhält sich wie eine positive Ladung, so Halbleiter auf diese Weise dotiert sind aufgerufen, P-Typ-Halbleiter.
Wie eine positive Ladung, die Besucher Löcher Elektronen. Aber wenn ein Elektron in ein Loch bewegt, verlässt das Elektron ein neues Loch in seiner vorherigen Position. Somit wird in einem P-Typ-Halbleiter, bewegen sich Löcher ständig innerhalb des Kristalls um als Elektronen ständig versuchen, sie zu füllen.
Wenn Spannung an entweder einem N-Typ oder P-Typ-Halbleiter angewendet wird, fließt Strom, aus dem gleichen Grund, dass es in einem normalen Leiter fließt: Die negative Seite der Spannungs drückt Elektronen und der positiven Seite zieht sie. Das Ergebnis ist, dass die Zufalls Elektronen- und Loch-Bewegung, die in einem Halbleiter immer vorhanden ist, wird in einer Richtung organisiert messbaren elektrischen Strom erzeugt.