- Čo je to polovodič?
- Polovodičové aplikácie
- Druhy polovodičov
- Príklady polovodičových materiálov
- Vodivé materiály
- Izolačné materiály
Vysvetlíme, čo je elektrický polovodič, jeho typy, aplikácie a príklady. Okrem toho vodivé a izolačné materiály.
Čo je to polovodič?
Polovodiče sú materiály schopné pôsobiť ako elektrické vodiče alebo ako elektrické izolátory v závislosti od fyzikálnych podmienok, v ktorých sa nachádzajú. Tieto podmienky zvyčajne zahŕňajú teplota a Tlak, výskyt žiarenia alebo intenzity žiarenia elektrické pole alebo magnetické pole ktorým je materiál vystavený.
Polovodiče sa skladajú z chemické prvky medzi sebou veľmi rôznorodé, ktoré v skutočnosti pochádzajú z iných regiónov Periodická tabuľka, ale zdieľajú určité chemické vlastnosti (vo všeobecnosti sú štvormocné), ktoré im dávajú ich konkrétne elektrické vlastnosti. V súčasnosti je najpoužívanejším polovodičom kremík (Si), najmä v priemysle elektronika a z výpočtový.
Spolu s izolačnými materiálmi objavil polovodiče v roku 1727 anglický fyzik a prírodovedec Stephen Gray (1666-1736), ale zákony, ktoré popisujú ich správanie a vlastnosti, opísal oveľa neskôr, v roku 1821, slávny nemecký fyzik Georg Simon. Ohm (1789-1854).
Polovodičové aplikácie
Polovodiče sú obzvlášť užitočné v elektronickom priemysle, pretože umožňujú riadenie a moduláciu elektrický prúd podľa potrebných vzorov. Z tohto dôvodu je obvyklé, že sa zvyknú:
- Tranzistory
- Integrované obvody
- Elektrické diódy
- Optické senzory
- Pevné lasery
- Modulátory elektrického pohonu (ako zosilňovač elektrickej gitary)
Druhy polovodičov
Polovodiče môžu byť dvoch rôznych typov v závislosti od ich reakcie na fyzické prostredie, v ktorom sa nachádzajú:
Vlastné polovodiče
Skladajú sa z jedného druhu atómov, usporiadané v molekuly tetraedrické (teda štyri atómy s mocnosťou 4) a ich atómy spojené Kovalentné väzby.
Táto chemická konfigurácia zabraňuje pohyb oslobodený od elektróny okolo molekuly, s výnimkou zvýšenia teploty: potom elektróny prevezmú časť energie dostupné a „skočiť“, pričom zostane voľný priestor, ktorý sa prekladá ako kladný náboj, ktorý zase pritiahne nové elektróny. Tento proces sa nazýva rekombinácia a množstvo teplo potrebné na to závisí od príslušného chemického prvku.
Vonkajšie polovodiče
Tieto materiály umožňujú dopingový proces, to znamená, že umožňujú začlenenie určitého typu nečistôt do ich atómovej konfigurácie. V závislosti od týchto nečistôt, ktoré môžu byť päťmocné alebo trojmocné, sa polovodičové materiály delia na dva:
- Vonkajšie polovodiče typu N (donory). V týchto typoch materiálov počet elektrónov prevyšuje počet dier alebo nosičov voľného náboja ("priestorov" kladného náboja). Keď sa na materiál aplikuje potenciálny rozdiel, voľné elektróny sa pohybujú doľava od materiálu a otvory potom doprava. Keď diery dosiahnu krajnú pravú stranu, elektróny z vonkajšieho obvodu vstupujú do polovodiča a dochádza k prenosu elektrického prúdu.
- Vonkajšie polovodiče typu P (akceptory). V týchto materiáloch pridaná nečistota namiesto zväčšovania dostupných elektrónov zväčšuje diery. Hovoríme teda o pridanom akceptorovom materiáli, pretože je väčší dopyt po elektrónoch ako dostupnosť a každý voľný „priestor“, kam by sa mal elektrón dostať, slúži na uľahčenie prechodu prúdu.
Príklady polovodičových materiálov
Najbežnejšie a najpoužívanejšie polovodiče v priemyslu sú:
- kremík (Si)
- Germánium (Ge), často v zliatin kremík
- Arsenid gália (GaAs)
- Síra
- Kyslík
- kadmium
- Selén
- indický
- Iné chemické materiály vznikajúce kombináciou prvkov zo skupín 12 a 13 periodickej tabuľky s prvkami zo skupín 16 a 15 v tomto poradí.
Vodivé materiály
Na rozdiel od polovodičov, ktorých elektrické vodivé vlastnosti sa líšia, sú vodivé materiály vždy pripravené na prenos elektriny, kvôli elektrónovej konfigurácii jeho atómov. Táto vodivosť môže kolísať a môže byť do určitej miery ovplyvnená fyzikálnym stavom prostredia elektrická vodivosť nie je to absolútne.
Príklady vodivých materiálov sú drvivá väčšina kovy (železo, ortuť, meď, hliník atď.) a Voda.
Izolačné materiály
Napokon, izolačné materiály sú tie, ktoré odolávajú vedeniu elektriny, to znamená, že bránia prechodu elektróny a preto sú užitočné na to, aby sa chránili pred elektrinou, aby jej zabránili vo voľnom chode alebo pred skratom. Izolanty tiež neizolujú stopercentne, majú hranicu (prierazné napätie), nad ktorou je energia taká intenzívna, že nedokážu udržať svoj stav ako izolanty a teda aspoň do určitej miery prepúšťajú elektrický prúd.
Príklady izolačných materiálov sú plast, keramika, sklo, drevo a papier.