Het halfgeleiderapparaat is gemaakt van een materiaal dat noch een goede geleider, noch een goede isolator is, het wordt een halfgeleider genoemd. Dergelijke apparaten hebben brede toepassingen tot stand gebracht vanwege hun betrouwbaarheid, compactheid en lage kosten. Dit zijn discrete componenten die worden gebruikt in voedingsapparaten, optische sensoren voor compactheid en lichtemitters, waaronder halfgeleiderlasers. Ze hebben een breed scala aan stroom- en spanningsverwerkingsmogelijkheden, met stroomwaarden van meer dan 5.000 ampère en spanningswaarden van meer dan 100.000 volt. Belangrijker, halfgeleiderinrichtingen lenen zich voor integratie in complexe maar gemakkelijk op te bouwen micro-elektronische schakelingen. Ze hebben een waarschijnlijke toekomst, de belangrijkste elementen van de meeste elektronische systemen, waaronder communicatie met gegevensverwerkende, consumenten- en industriële controleapparatuur.

Wat zijn halfgeleiderapparaten?

Halfgeleiderapparaten zijn niets anders dan elektronische componenten die gebruik maken van de elektronische eigenschappen van halfgeleidermaterialen, zoals silicium, germanium en galliumarsenide, evenals organische halfgeleiders. Halfgeleiderapparaten hebben in veel toepassingen vacuümbuizen vervangen. Ze gebruiken elektronische geleiding in de vaste toestand in tegenstelling tot de thermische emissie in een hoog vacuüm. Halfgeleiderapparaten worden vervaardigd voor zowel discrete apparaten als geïntegreerde schakelingen , die bestaan uit enkele tot miljarden apparaten die zijn vervaardigd en onderling verbonden op een enkel halfgeleidersubstraat of -wafel.

Halfgeleiderapparaten

Halfgeleidermaterialen zijn nuttig door hun gedrag dat gemakkelijk kan worden gemanipuleerd door de toevoeging van onzuiverheden, ook wel doping genoemd. De geleidbaarheid van halfgeleiders kan worden gecontroleerd door het elektrische of magnetische veld, door blootstelling aan licht of warmte, of door de mechanische vervorming van een gedoteerd monokristallijn rooster, dus halfgeleiders kunnen uitstekende sensoren zijn. Stroomgeleiding in een halfgeleider vindt plaats zonder elektronen en gaten, gezamenlijk bekend als ladingsdragers. Doping van silicium wordt gedaan door een kleine hoeveelheid onzuiverheidsatomen toe te voegen en ook voor fosfor of boor, verhoogt het aantal elektronen of gaten in de halfgeleider aanzienlijk.

Wanneer een gedoteerde halfgeleider overtollige gaten bevat, wordt deze een 'p-type' (positief voor gaten) halfgeleider genoemd, en wanneer deze een overmaat aan vrije elektronen bevat, staat deze bekend als een 'n-type' (negatief voor elektronen) halfgeleider. teken van lading van de meeste mobiele laadproviders. De knooppunten die zijn ontstaan waar n-type en p-type halfgeleiders met elkaar zijn verbonden, worden p-n-overgang genoemd.

Diode

Een halfgeleider diode is een apparaat meestal samengesteld uit een enkele p-n-overgang. Het knooppunt van een p-type en n-type halfgeleider vormt een uitputtingsgebied waar stroomgeleiding wordt gereserveerd door het ontbreken van mobiele ladingsdragers. Wanneer de inrichting voorwaarts voorgespannen is, wordt dit uitputtingsgebied verkleind, waardoor aanzienlijke geleiding mogelijk is, wanneer de diode in tegengestelde richting is voorgespannen, kan de enige minder stroom worden bereikt en kan het uitputtingsgebied worden uitgebreid. Door een halfgeleider aan licht bloot te stellen kunnen elektronengatparen ontstaan, waardoor het aantal vrije dragers en daarmee de geleidbaarheid toeneemt. Diodes die zijn geoptimaliseerd om van dit fenomeen te profiteren, staan bekend als fotodiodes. Samengestelde halfgeleiderdiodes worden ook gebruikt om licht, lichtemitterende diodes en laserdiodes te genereren.

Diode

Transistor

Bipolaire junctie-transistors worden gevormd door twee p-n-overgangen, in ofwel p-n-p- of n-p-n-configuratie. Het midden of de basis, het gebied tussen de kruispunten is meestal erg smal. De andere regio's en de bijbehorende terminals staan bekend als de zender en verzamelaar. Een kleine stroom die door de overgang tussen de basis en de emitter wordt geïnjecteerd, verandert de eigenschappen van de basiscollectorovergang, zodat deze stroom kan geleiden, ook al is deze tegengesteld voorgespannen. Dit creëert een grotere stroom tussen de collector en de emitter en wordt bestuurd door de basis-emitterstroom.

Transistor

Een ander type transistor genaamd veldeffecttransistor werkt het volgens het principe dat de geleidbaarheid van halfgeleiders kan worden verhoogd of verlaagd door de aanwezigheid van een elektrisch veld. Een elektrisch veld kan het aantal elektronen en gaten in een halfgeleider vergroten, waardoor de geleidbaarheid verandert. Het elektrische veld kan worden aangelegd door een in tegengestelde richting voorgespannen p-n-overgang, en het vormt een junctie-veldeffecttransistor (JFET) of door een elektrode die is geïsoleerd van het bulkmateriaal door een oxidelaag, en het vormt een metaaloxide halfgeleider veldeffecttransistor (MOSFET).

“eenfasig versus driefasig elektrisch ”

Nu een dag het meest gebruikt in de MOSFET, een solid-state apparaat en halfgeleiderapparaten. De poortelektrode wordt geladen om een elektrisch veld te produceren dat de geleidbaarheid van een 'kanaal' tussen twee terminals kan regelen, de zogenaamde source en drain. Afhankelijk van het type drager in het kanaal, kan het apparaat een n-kanaal (voor elektronen) of p-kanaal (voor gaten) MOSFET zijn.

Halfgeleiderapparaatmaterialen

Het silicium (Si) is het meest gebruikte materiaal in halfgeleiderapparaten. Het heeft lagere grondstofkosten en een relatief eenvoudig proces. Door zijn bruikbare temperatuurbereik is dit momenteel het beste compromis tussen de verschillende concurrerende materialen. Silicium dat bij de fabricage van halfgeleiderapparaten wordt gebruikt, wordt momenteel verwerkt tot kommen met een diameter die groot genoeg is om wafers van 300 mm (12 in.) Te kunnen vervaardigen.

Germanium (Ge) werd veel gebruikt in het vroege halfgeleidermateriaal, maar de thermische gevoeligheid is minder bruikbaar dan silicium. Tegenwoordig wordt germanium vaak gelegeerd met (Si) silicium voor gebruik in zeer snelle SiGe-apparaten. IBM is een van de belangrijkste producenten van dergelijke apparaten.

“wat is 2 fase stroom? ”

Galliumarsenide (GaAs) wordt ook veel gebruikt met hogesnelheidsapparatuur, maar tot nu toe was het moeilijk om kommen met een grote diameter van dit materiaal te maken, waardoor de diameter van de wafers aanzienlijk kleiner werd dan die van siliciumwafels, waardoor massaproductie van galliumarsenide werd gemaakt. (GaAs) -apparaten aanzienlijk duurder dan silicium.

Lijst met veelgebruikte halfgeleiderapparaten

De lijst met gemeenschappelijke halfgeleiderapparaten omvat hoofdzakelijk twee terminals, drie terminals en vier terminalapparaten.

Gangbare halfgeleiderapparaten

De apparaten met twee aansluitingen zijn

Diode (gelijkrichterdiode)
Gunn-diode
IMPACT-diodes
Laserdiode
Zener diode
Schottky-diode
PIN-diode
Tunneldiode
Lichtgevende diode (LED)
Foto transistor
Fotocel
Zonnecel
Diode voor onderdrukking van tijdelijke spanning
VCSEL

Apparaten met drie aansluitingen zijn

Bipolaire transistor
Veldeffecttransistor
Darlington-transistor
Bipolaire transistor met geïsoleerde poort (IGBT)
Unijunction-transistor
Siliciumgestuurde gelijkrichter
Thyristor
TRIAC

Apparaten met vier aansluitingen zijn

Fotokoppeling (Optocoupler)
Hall-effectsensor (magnetische veldsensor)

Toepassingen voor halfgeleiderapparaten

Alle soorten transistors kunnen worden gebruikt als de bouwstenen van logische poorten , wat handig is bij het ontwerpen van digitale schakelingen. In digitale circuits zoals microprocessors, transistors dus die als schakelaar (aan-uit) in de MOSFET fungeren, bepaalt de spanning die op de poort wordt aangelegd of de schakelaar aan of uit staat.

De transistors die worden gebruikt voor analoge schakelingen werken relatief niet als schakelaars (aan-uit), ze reageren op een continu bereik van invoer met een continu bereik van uitvoer. Veel voorkomende analoge circuits zijn oscillatoren en versterkers. De circuits die een interface vormen of vertalen tussen analoge circuits en digitale circuits, staan bekend als de circuits met gemengd signaal.

Voordelen van halfgeleiderapparaten

Omdat halfgeleiderinrichtingen geen filamenten hebben, is er dus geen stroom nodig om ze te verwarmen om de emissie van elektronen te veroorzaken.
Omdat er geen verwarming nodig is, worden halfgeleiderinrichtingen in werking gesteld zodra de schakeling wordt ingeschakeld.
Tijdens bedrijf produceren halfgeleiderapparaten geen zoemend geluid.
Halfgeleiderinrichtingen vereisen werking op lage spanning in vergelijking met vacuümbuizen.
Vanwege hun kleine afmetingen zijn de schakelingen met halfgeleiderinrichtingen zeer compact.
Halfgeleiderapparaten zijn schokbestendig.
Halfgeleiderapparaten zijn goedkoper in vergelijking met vacuümbuizen.
Halfgeleiderapparaten hebben een bijna onbeperkte levensduur.
Omdat er geen vacuüm moet worden gecreëerd in halfgeleiderapparaten, hebben ze geen problemen met de verslechtering van het vacuüm.

Nadelen van halfgeleiderapparaten

Het geluidsniveau is hoger in halfgeleiderapparaten in vergelijking met dat in de vacuümbuizen.
Gewone halfgeleiderapparaten kunnen niet zoveel stroom aan als gewone vacuümbuizen.
In het hoge frequentiebereik reageren ze slecht.

Dit gaat dus allemaal over verschillende soorten halfgeleiderinrichtingen, waaronder twee terminals, drie terminals en vier terminalapparatuur. We hopen dat u dit concept beter begrijpt. Bovendien, eventuele twijfels over dit concept of elektrische en elektronische projecten, geef uw feedback door in het commentaargedeelte hieronder te reageren. Hier is een vraag voor u, wat zijn de toepassingen van halfgeleiderapparaten?

Fotocredits: