Semiconductors Without the Quantum Physics

Source    ::::    http://www.mpoweruk.com/semiconductors.htm

 

Półprzewodniki bez fizyka kwantowa
(lub nie tak bardzo, że zechciał pan zauważyć)

 

Dla większości zastosowań elektronicznych nie musisz znać gdzie poszczególne elektrony są w półprzewodnikowych w celu zrozumienia układu linowego. Dla tych, którzy chcą wiedzieć więcej, jednak nie następuje to znacznie uproszczony opis funkcjonowania niektórych podstawowych przyrządów półprzewodnikowych budujacych.

 

Materiałów półprzewodnikowych

Ponad 600 półprzewodzącym materiały są znane. Mogą one być pierwiastków lub związków chemicznych i posiadają podwyższoną gdzieś między izolatorów i przewodników. Dobrymi przewodnikami mają podwyższoną między 10-7Ωm do 10-8 Ωm w temperaturze pokojowej przy rezystywności izolatorów jest w zakresie Ωm1010 i 1014 Ωm. Półprzewodniki mieszczą się w przedziale z resistivities między pręt Ωm do 107Ωm, zakres 14 rzędów wielkości.

Czystych półprzewodników, zachowują się jak izolatory na 0°Kelvina, jednak w normalnej temperaturze, w przeciwieństwie do metali, półprzewodników o ujemnym współczynniku odporności z powodu wzrostu koncentracji nośników ładunku w związku ze wzrostem temperatury, jak wyjaśniono poniżej.

 

Właściwości, które sprawiają, że półprzewodniki interesujace sa

  • Kontrolowane ilości innych pierwiastków, mylnie nazywany “zanieczyszczenia”, mogą być wprowadzone na krysztale poradźcie półprzewodnikowej, w procesie zwanym “doping” do zmiany jej właściwości elektrycznych tworząc dodatnie lub ujemne nośniki ładunku selektywnie, zwiększając jego przewodnictwo w domieszkowanych region.
  • Elektryczne zachowanie domieszkowanych półprzewodników może być zmieniane przez działanie różnych bodźców zewnętrznych takich jak ciepła, światła i pól elektrycznych i magnetycznych.
  • Przez doping z dokładnej ilości różnych zanieczyszczeń w dokładnej lokalizacji bardzo niewielkich struktur anatomicznych może być wbudowany w którym dodatnie i ujemne nośniki ładunku mogą współgrać, umożliwiając stworzenie szerokiej gamy pasywnych i aktywnych urządzeń elektronicznych, które z kolei mogą być wykorzystywane jako budulec do tworzenia bardziej skomplikowanych elementów.

 

Pasma energetyczne

Bohr model atomu mówi nam, że elektrony mogą mieć tylko pewne dyskretne ilości energii odpowiadającej niektóre orbity elektronów wokół jądra atomowej. Elektrony mają minimum stanu energetycznego i tylko pewne dyskretne wyższej energii są dozwolone. Stałą ilość energii potrzebnej do pompowania wiązką elektronową do wyższego stanu energetycznego oraz gdy elektron wpada z powrotem do niższego stanu energetycznego, że energia jest obarczony jak promieniowanie elektromagnetyczne. Najwyższe  pasmo wypełniona jest nazywany valence band. Kolejnym pasmem jest pasmo przewodnictwa, która jest oddzielona od valence band przez energy gap, zwana także kapela przepaść. Ten band gap odpowiada energii wybić elektrony z atomów do pasma przewodnictwa. W każdym materiale w korzeniowym wystąpi, musi być dostępny elektronów w najwyższym paśmie energii. Energia wymagana do elektronowego do przeskoczenia band gap mogą być organizowane przez ciepło lub jakiś rodzaj promieniowania lub od pola elektrycznego i zazwyczaj jest wyrażana w elektronowoltów (eV) gdzie 1 eV jest odpowiednikiem 1,6 X 10-19 dżuli (J).

W metalowej minimalna energia potrzebna do uwolnienia elektronów z powierzchni metalu, nazywany jest “dziełem”.

(Odnotuj że band gap jest różnicą między dwoma poziomami energii, a nie w przestrzeni fizycznej).

 

Dobrymi przewodnikami już wolnych elektronów w paśmie przewodnictwa, które dostępne są do przeprowadzania bieżących i mały band gap, która ułatwia pompy więcej elektronów do pasma przewodnictwa. Metale o dodatnim współczynniku temperaturowym rezystancji od agitacji termicznego elektronów rośnie wraz z temperaturą i utrudnia przepływ elektronów.

Izolatory z drugiej strony posiadają szerokie pasmo szczelinę zazwyczaj wyższe niż 5 eV (Elektronowoltów) bez elektronów w paśmie przewodnictwa. Korzeniowym może wystąpić, jeśli dostatecznie wysokie pole służy do wymuszenia elektronów do pasma przewodnictwa, ale to zazwyczaj powoduje podział materiału izolacyjnego.

Czyste półprzewodniki mają kilka elektronów w paśmie przewodnictwa partnersk¹ złymi przewodnikami, ale ich stosunkowo niskie pasmo odstęp (0,67 eV dla germanu i 1.12 eV dla krzemu) dopuszcza ich przewodności elektrycznej można zwiększyć za pomocą zewnętrznego bodźca, aby podnieść poziom energii elektronów. Jeśli to nastąpi większa energia elektronów wyłamuje się z kowalencyjne wiązanie między atomami półprzewodnika tworzenie elektron-dołkowe par nowych opłat przewoźników zwiększając przewodność półprzewodnika.

Dodawanie małych ilości nowych nośników prądu przez doping umożliwia radykalne zmiany przewodności półprzewodnika.

 

Przykład materiałów

Unikatowe właściwości fizyczne niektórych materiałów możemy obecnie uznać za półprzewodniki były znane od ponad stu lat, ale dopiero w 1940 roku, że materiały zostały sklasyfikowane jako takie i ich właściwości zostały wyjaśnione. Niektóre przykłady półprzewodniki często używane w elektronice są podane poniżej.

  • Lead SulphideKryształy (Galena) odnotowano dla ich właściwości prostownicze.
  • SeleniumZostał po raz pierwszy zastosowany w najcenniejszymi ‘s fotograficzne kolektory fotowoltaiczne ogniwa paliwowe.
  • Silicon carbideKryształy(karborund) były kryształy z “kotów whisker” w celu wykrycia sygnałów wczesnego aparaty radiowe.
  • GermanBył to materiał, na którym wczesne tranzystory oparte były. Posiada niską temperaturę topnienia i jest łatwy w użyciu i o niskiej rezystywności, które pomaga w osiąganiu wysokich częstotliwości. Niestety posiada on również niska maksymalna temperatura robocza 75°C i cierpi z nieodłącznymi wysokich prądów upływu ze względu na jej niskie pasmo odstęp wynoszący zaledwie 0,67 eV.
  • KrzemJest to materiał używany w większości urządzeń półprzewodnikowych dzisiaj. Procesy produkcyjne są trudniejsze, ale mogą pracować przy znacznie wyższych temperaturach pracy i cierpi mniej od prądów upływu. Krzem jest łatwo utlenieniu do postaci dwutlenku krzemu (SiO2), która jest izolatorem, niezbędni do planara procesu wytwórczego. (tlenek germanu jest rozpuszczalny w wodzie, dzięki czemu nadaje się do tego celu). Dwutlenek krzemu jest zaaplikować krzemu, który jest pochodną. Jest ona najbardziej obfitych mieszanek w skorupie ziemskiej i najczęściej przybiera formę zwykłego piasku, ale istnieje również w kwarcu, kryształu górskiego, ametystowym, agat, flint, jasper i opal.
  • Arsenek galuOdznacza się wysoką mobilnością elektronów dawała o wiele lepsze high speed wydajność przełączania od krzemu. Posiada również lepsze wysokiej temperatury wydajność ale trudno pracować z, a co za tym idzie droższe. Arsenek galu jest również wykorzystywana w produkcji diod. Arsenek galilea jest trzech valence wkład podczas arsen jest pięć valence element. Natomiast większość półprzewodniki są cztery valence pierwiastków lub związków chemicznych, arsenek galu jest znana jako  III-V valence półprzewodniki. Jego struktury krystalicznej jednak zezwala na doping w taki sam sposób jak  IV valence półprzewodniki. Arsenek galu są uważane za silnie toksyczne i rakotwórcze .

 

Urządzenia półprzewodnikowe

Ponad 200 struktury urządzeń zostały zidentyfikowane i zasady działania mogą być zilustrowane z kilku podstawowych typów pokazano tutaj. Lista nie jest wyczerpująca i wiele wariacje na te tematy są możliwe.

 

Uwaga: Należy podkreślić, że poniższe wyjaśnienia są jedynie 1991-2000 reprezentujących najważniejsze zachowania elementów półprzewodnikowych, wystarczająca do zrozumienia funkcji urządzenia i kompromisów i ograniczeń wydajności zaangażowanych w urządzenie półprzewodnikowe wzornictwu. Pomniejsze skutki zostały pominięte. Ponadto, rzeczywiste mechanizmy warunkujące funkcjonowanie urządzeń półprzewodnikowych są znacznie bardziej skomplikowane i jest oparte na fizyce kwantowej, biorąc pod uwagę poziomy energetyczne opłaty przewoźników i ich stężenia i wypłatach w półprzewodnikach crystal poradźcie.

 

Elektrony i dziury

Materiałów półprzewodnikowych takich jak germanu lub krzemu cechuje valence shell zawierające cztery elektrony. Każdy atom ma cztery elektrony w jego zewnętrznej orbity i podziela te elektrony z jego czterech sąsiadów. Każda wspólna para elektronów stanowi kowalencyjne wiązanie. Siła przyciągania dla elektronów przez obu jąder posiada dwa atomy tworząc razem z ciasnych struktur kryształów z braku wolnych elektronów do prowadzenia bieżącego. Czystych kryształów krzemu są zatem izolatorów. Materiały te mogą jednak być domieszkowany do stworzenia nadmiar lub brak elektronów, obracając półprzewodnika do przewodnika. Pure półprzewodnikowy materiał bez dopingu jest nazywany samoistnych półprzewodników. Ciężkie przypadki dopingu zapewnia niską oporność powierzchniową materiałów. Lekki doping służy do kontrolowanego o dużej rezystywności. Patrz schemat poniżej.

N typ materiałów

Jeśli niewielkie ilości różnych elementów, takich jak fosfor i arsen, które mają pięć valence elektronów w jego pierścieniu zewnętrznym są wprowadzane do crystal poradźcie z półprzewodników, np. krzemu, cztery z pięciu elektrony wiązania z atomami krzemu, pozostawiając jeden elektron bez ograniczeń i swobodnie się poruszać. Półprzewodniki domieszkowane w ten sposób mają nadwyżkę wolnych elektronów, lub ujemne nośniki ładunku, umożliwiają przeprowadzenie bieżących i w konsekwencji tzw. N rodzaj materiałów. W N rodzaj materiałów elektrony są podobno większość przewoźników i ubytki mniejszości lotniskowców.

P typ materiałów

W podobny sposób wytwarzania półprzewodników może być wzbogacony o elementy takie jak bor lub indu tylko z trzema valence elektronów w jego pierścień zewnętrzny. W tym przypadku wystąpi niedobór elektronów w celu związania z krzemu poradźcie pozostawiając niewypełnione przestrzenie znane jako “dziury”. Elektrony mogą rozchodzi się w krysztale jak łapacz poprzez napawanie sąsiednich nieużywany otwór pozostawiając dziurę w miejscu zaraz po lewej stronie. Jest to równoważne do propagacji dziurę w przeciwnym kierunku. Ponieważ otwór jest wzasadzie brak elektronów w obojętnym materiale, musi mieć net ładunek dodatni. Materiały z takich pozytywnych nośniki ładunku nazywane są P rodzaj materiałów. W P materiałami typu otwory są umieszczani w większości przewoźników i elektrony mniejszości lotniskowców.

Silicon Crystal Lattice

History

 

P-N Junction

W powyższym przykładzie atomów fosforu tworzy nadwyżkę elektronów w N rodzaj materiału i atomy boru tworzy nadwyżki lub otworów pozytywnych przewoźników w P typ materiału. Każdy z tych materiałów stojacych jest elektrycznie neutralny. Jednakże, kiedy wytwarzanie pojedynczych kryształów domieszkowanych jest w formie junction, N typ materiału na jednej stronie i P typ materiału na drugiej stronie elektrony są przyciągane przez otwory po drugiej stronie skrzyżowania i wędrują przez sparowania z nimi. Pozostawia to N typ materiał o net ładunek dodatni i P typ materiał o net ładunek ujemny. Rezultatem jest to, że stałe nieodłączne lub “libero” pola elektrycznego w poprzek skrzyżowania. (ten region, w którym elektrony mają rozpraszanego na skrzyżowaniu jest nazywany “okolicznego regionu”, ponieważ nie zawiera żadnych ruchomych nośników ładunku. Jest on również znany jako “miejsce regionu ładowania”).

 

Niemal wszystkie urządzenia półprzewodnikowe zależą w jakiś sposób na działanie złącza P-N junction. Najprostszym z tych urządzeń jest dioda i możemy użyć diodę do zilustrowania tego, co się dzieje w P-N junction.

 

History

 

Dioda

P-N Junction (Diode On) Gdy dioda jest naprzód stronniczą przyłożonego pola elektrycznego przez diodę powoduje ujemne nośniki ładunku (elektrony) aby przejść w poprzek skrzyżowania w kierunku pozytywnym i zaciskiem dodatnim nośników ładunku (dziur) analogicznie ustawić inny sposób na skrzyżowaniu w kierunku bieguna ujemnego. Gdy elektrony i dziury osiągają zdarzyć, że poprzeczne pocięcie w wyniku przepływu prądu przez diodę.

Chociaż elektrony i dziury w przeciwnych kierunkach, prąd płynie tylko w jedną stronę, ponieważ nośniki ładunku mają przeciwne bieguny.

 

Gdy dioda jest wsteczny stronniczą przyłożonego pola elektrycznego w przeciwnym kierunku i przenośnych nośników ładunku musi również porusza się w przeciwnym kierunku. Elektrony będą nadal podążać w kierunku dodatniego zacisku i ubytki w kierunku bieguna ujemnego, ale tym razem jest ona w kierunku od skrzyżowania, opróżnianiu go z mobilnych nośników ładunku w jej bezpośrednim sąsiedztwie, tworząc barierę dla przepływu dalsze prądu elektrycznego. Ten wąski region w poprzek skrzyżowania, pozbawiona nośników ładunku jest nazywana przestrzenią nieodpłatnie warstwę. Odwrotnej polaryzacji diody tworzy również powrotem napięcie panujące na skrzyżowaniu lub uszczuplenie warstwy z nadmiarem elektronów o negatywnej stronie warstwy i nadwyżki z otworami na pozytywnej stronie, tak, że przestrzeń warstwy ładowania działa jak naładowany kondensator.  P-N Junction (Diode Off)

 

Nie będą jednak zawsze być małym, kłopotliwą, zależne od temperatury prąd upływu w poprzek skrzyżowania ze względu na wyzwolenie nowych nośników ładunku spowodowane przez efekty termiczne w materiale półprzewodnikowym nagrywanego diody jest chybione.

Diode Characteristic

Diody LED, ogniwa słoneczne, laserów i diod w tunelu są wśród wielu wersji P-N junction.

 

Diody firmy Skyworks Solutions

A firmy Skyworks Solutions diody jest zmienną reactance urządzenia. Zwiększenie odwrotnej polaryzacji napięcia na P-N sił przyłączeniowego opłaty na bokach uszczuplenie lub przestrzeni nieodpłatnie warstwy bardziej oddalone, skutecznie zwiększając swoją pojemność. Natomiast zmniejszenie bias powoduje zmniejszenie reaktancji pojemnościowej. Ta właściwość sprawia, że firmy Skyworks Solutions diody doskonale nadają się do użytku jako zmienna kondensator w obwodach dostrojona. Przy odwrotnej stronniczą nie przepływa prąd.

 

History

 

Dioda Schottky’ego

Diody Schottky’ego za metal-półprzewodnik skrzyżowanie zamiast P-N skrzyżowania jak w zwykłych diod. Jest elektrycznie podobna do P-N junction, ale przepływ prądu w diodzie jest przede wszystkim z powodu “większość przewoźników”, co oznacza, że jeśli ciało półprzewodników domieszkowanych jest N-type, a następnie aktualne jest posadowiony tylko N-type carriers (mobile elektrony ). Brak slow, losowej rekombinacji elektronów i dziur jest zaangażowany. W wyniku tego zarówno bardzo szybkie czasy przełączania i niskim spadku napięcia.

Ten sam efekt, jednak wyniki w złym reverse-napięcie polaryzacji wydajność i wysoki tył prądów upływu.

Schottky’ego metal-półprzewodnik kontakty mogą być również wykorzystywane do zapewnienia non rektyfikowanie, wtedy kolejnego kontakty z nieznaczną oporność, niezależnie od biegunowości przyłożonego napięcia, na wykonywanie połączeń do innych urządzeń w system elektroniczny.

 

History

 

Dioda PIN

P-I-N diody P-N do skrzyżowania z szeroką estetyczną (undoped) I warstwy wciśnięta między P i N warstw. Estetyczna warstwy działa jak izolator zapewniając wysoką wstecznego napięcia przebicia, duża moc i niska reaktancja. Na niskich poziomach o odwrotnej polaryzacji na zubożenie warstwy staje się całkowicie wyczerpanych i raz całkowicie wyczerpanych diody pojemnościowe jest niezależna od poziomu bias, ponieważ istnieje niewiele pozostała opłata netto w warstwie wewnętrznej.

Gdy dioda jest naprzód racjom obu rodzajów aktualnych przewoźnika są wstrzykiwane do warstwy wewnętrznej, gdzie łączą one umożliwiając przepływ prądu w poprzek warstwa izolacyjna. Wartość oporności dioda PIN jest określana tylko przez naprzód stronniczą prąd stały, co sprawia, że jest przydatna jako wolny od zniekształceń zmiennym opornikiem RF i mikrofalowych częstotliwościach do szybkiego przełączania i tłumika aplikacje

 PIN Diode

 

History

 

Avalanche Diode

Lawina efekt wywoływany jest przez podział P-N do skrzyżowania ze względu na wysokie napięcie do tyłu w poprzek pola wyczerpywanie się warstwy. Jak zamienić napięcie wzrasta bardzo wysokie natężenie pola w poprzek ubożenie warstwy przyspiesza wszelkie nośniki ładunku generowane losowo przez wymiennik ciepła w warstwie. W ten sposób ładowanie przewoźników pick up wystarczająco dużo energii, by podnieść poziom energii więcej elektronów, gdy zderzają się z crystal poradźcie które doprowadziły do jeszcze bardziej elektron-dołkowe par tworząc samoutrzymującym lawinowy efekt i o niskiej impedancji przez diodę. Usunięcie napięcia wyłącza prąd.

 

Dioda Zenera

Diody Zenera są bardzo podobne do diod lawinowych (powyżej), ale nie będą one zależeć od przyspieszenia nośniki ładunku generowane losowo przez ciepło w ubożenie warstwy. Dość wysokie pole elektryczne bezpośrednio obala obligacje w krysztale poradźcie aby utworzyć elektron-dołkowe par. Praktyczne urządzenia potrzebują dużego dopingu i cieniutkim przestrzeń nieodpłatnie warstwę, która jest zbyt cienka, aby przyspieszyć termicznie generowanych nośników ładunku do wystarczającej ilości energii, aby rozpocząć avalanching procesu. Diody Zenera są zatem mniej zależne od temperatury niż diod lawinowych. Poprzez kontrolowanie poziomu domieszkowania początkiem lawiny efekt może być wykonany w różnych napięć, co sprawia, że dioda Zenera jako napięcie referencyjne urządzenie. Zener Diode Characteristic

 

History

 

Tunel diody

Jak lawina i diody Zenera, tunelu diody są silnie domieszkowanych i mają bardzo wąskie uszczuplenie lub przestrzeni nieodpłatnie warstwy niższe od 5 do 10 nanometrów grubości – tylko nieliczne atomy głębokie. Podobnie są w rozkładzie jazdy, kiedy stronniczą jednak w odróżnieniu od pozostałych dwóch urządzeń pozostają one w podziale na mały początkowy region do przodu polaryzującego, z podziałem prądu nakładane na normalnej diodzie prąd.

Jak do przodu, wzrasta napięcie na diodzie powoli wydostaje się z rozpadu i całkowite natężenie prądu w konsekwencji zmniejsza się aż do momentu rozbicia się zatrzymuje i tylko normalne diody prąd płynie, po czym prąd zaczyna ponownie wzrastać.
Tunnel Diode Characteristic

Normalnie byśmy nie spodziewajmy się podział przepływ prądu w regionie pozytywnie, ponieważ pole elektryczne jest niewystarczające do pokonania różnicy energii niezbędne do uwolnienia elektronów do pasma przewodnictwa jednak zjawisko to jest wyjaśnione przez elektrony działając jak fale raczej niż jako cząsteczki. Zobacz Hund (1927)co pokazuje, w jaki sposób niektóre elektrony będą miały więcej niż dość energii, aby skoczyć w przepaść energię, która normalnie byłaby zbyt szeroka, skutecznie tunelowanie przez barierę, które chcielibyśmy normalnie oczekiwać bar je.

 

Możliwość zastosowania nietypowe i bardzo dużej szybkości przełączania dioda wielkie oczekiwania na tunelu diode ale trudności w produkcji i postępu w innych technologii półprzewodników, które obecnie jest prawie bezużyteczna.

 

History

 

Gunn dioda – przeniesione Electron Device (TED)

To Gunn dioda ma spadek napięcia prądu charakterystycznej podobny do tunelu diode (powyżej), ale opiera się na zupełnie innej zasadzie. Nie ma P-N junction, ale polega tylko N Typ półprzewodnikowy materiał z różnymi środkami dopingującymi stężeń w trzech odrębnych regionów. Dwa zewnętrzne regiony podłączone do zacisków są silnie domieszkowany N i cieńką warstwą lekko materiał domieszkowany jest wciśnięta pomiędzy.

Gdy napięcie jest podawane do urządzenia, naprawa nawierzchni będzie największy w całej cienka warstwa środkowa, ponieważ jest ono mniej silnie domieszkowanych i w ten sposób ma największą odporność. Ostatecznie, warstwa ta rozpocznie postępowanie w związku z oskarżeniem przewoźników wytworzonym przez wysokie pole elektryczne. Obecność nośników ładunku jednak zmniejsza jej wytrzymałość i stąd w poprzek pochyłości, zapobiegając w ten sposób dalszym korzeniowym. W praktyce oznacza to, że dioda Gunn jest regionem o ujemnej rezystancji różnicowej. Gdy impuls prądu przeszedł przez środkową warstwę, jej oporność warstwy i stąd gradientu napięcia pomiędzy it wzrasta umożliwiając korzeniowym wystąpić jeszcze raz.

Ujemną oporność, w połączeniu z czas tranzytu przez warstwy pośredniej, umożliwia budowę RF oscylatora relaks po prostu stosując odpowiedni prąd w całym urządzeniu. Oscylacji częstotliwości oznaczana jest częściowo przez fizyczne właściwości cienka warstwa środkowa, ale może być sterowany przez łączące urządzenie z obwodu rezonansowego lub zagłębienia. Gunn diody można wykorzystać do budowy oscylatory z częstotliwościami do fale terahercowe zakres.

 

History

 

Dioda IMPATT

Wpływ Avalanche czas tranzytu (IMPATT) diody są dwie końcówki urządzeń półprzewodnikowych, które generują moc sygnału radiowego przez wprowadzenie 180° przesunięcie fazowe między prądem i napięciem wykresy częstotliwości mikrofalowych.

Na podstawie zupelnie podstawowe P-N lub P-I-N junction, jego funkcje są zapewniane przez dwa regiony, lawinowa regionu lub regionu wtrysku spaczona transporterów, które mogą być albo dziury elektrony, i cywilizacyjnego regionu gdzie przewoźnicy przejść przez diodę uważając na pewien czas zależy od jej grubości i napięcia.

Na dioda IMPATT jest więc eksploatowana w odwrotnej polaryzacji warunków ustalonych w pobliżu progu avalanche breakdown . AC napięcie nakładane na DC bias będą siłą napędową urządzeń do avalanche podział w pierwszej połowie każdego cyklu AC. Generacja nośników ładunku przez jonizacja elektronowa w pierwszej połowie cyklu nadąża za stosowanie napięcia wejściowego, ponieważ przewoźnik generacji nie jest tylko funkcją pola elektrycznego, ale także liczby przewoźników. Liczby przewoźników rosną wraz ze wzrostem pola elektrycznego wzrasta i nadal rośnie po dziedzinie osiągnął swoją kulminację w wyniku zderzeń z liczby przewoźników już istniejących. Trwa to do pola spada poniżej wartości krytycznej, gdy liczba przewoźników zacznie spadać. W wyniku tego wpływu prądu generowanego w tyle o około 90 stopni za napięcie. Jest to tak zwana faza wtrysku zwłoki.przewoźnik drift przez okolicznego regionu w drugiej połowie cyklu tematów transporterów do dalszych opóźnień, powodując przemieszczenie impulsu prądu w obwodzie zewnętrznym, który wynosi 180° zsynchronizowane z napięcia. Kiedy prąd i napięcie są 180° out of Phase, urządzenie jest dostarczanie maksymalnej zasilacz do zewnętrznego obwodu oraz od napięcia dodatniego wytwarza ujemną bieżącą wartość, urządzenie może być uznane za ujemną oporność. Ta tymczasowa negatywny efekt odporności wystarczy wyjąć diodę chwilowo poza podziałem i jest używany do generowania i podtrzymywania oscylacji.

 

Diody IMPATT mogą wytwarzać bardzo duża moc przy częstotliwości mikrofalowych, ale ponieważ zależą one w procesie lawinowych są powstrzymywani przez wysoki poziom hałasu na etapie produkcji.

 

History

 

Dioda elektroluminescencyjna (LED)

Diody LED zależy od ich wpływu na rekombinacji otworu-pary i gazy z wiązań kowalencyjnych w przód stronniczą diody. Kiedy elektron wpada z powrotem do jej unexcited poziom energii, to straci swój nadmiar energii, które jest emitowane w postaci fotonów światła. Energia fotonów, a co za tym idzie kolor światła zależy od band gap półprzewodnikowej. Różnych materiałów o różnych band szczeliny są potrzebne do produkcji różnych kolorów. Kontrolka ta energia jest przenoszona na zewnątrz z urządzeniem poprzez stronach skrzyżowania region. Intensywność światła zależy od tempa rekombinacja opłaty przewoźników, a tym samym prąd.

Nie wszystkie półprzewodniki są odpowiednie do wytwarzania diod LED – pasmo przewodnictwa musi być bezpośrednio nad valence band dla fotonu. Z tego powodu arsenek galu jest odpowiednim kandydatem, ale nie krzemu.

 

History

 

Dioda laserowa

Rdzeń z diody laserowej jest P-N junction tworzenie spontanicznej emisji fotonów w wyniku rekombinacji elektronów par otworów w taki sam sposób, jak w przypadku diody LED opisane powyżej. Emisja spontaniczna jest niezbędne do zainicjowania oscylacji lasera, ale tworzy światło z random fazy i polaryzacji oraz jest źródłem nieefektywności kiedy laser się waha.

Działanie lasera polega na stymulowanej emisji fotonów, zamiast emisji spontanicznej, która występuje, gdy atom w atmosferze o wysokiej energii, lub podekscytowany, państwo członkowskie może wrócić do niższego stanu spontanicznie.

Stimulated Emission występuje, gdy wiązka fotonów światła kontaktujące się z wzbudzony atom, powodując jej powrotu do niższego stanu. Jednym fotonów, komunikując się w ten sposób o wzbudzeniu atomu powoduje dwa fotony są emitowane, które doprowadziły do wzmocnienia optycznego. Ponadto dwa fotony emitowane są w fazie powstałe w fazie stałej relacji między światła wypromieniowywanego z różnych atomów, umożliwiających produkcję a jednobarwne i spójnego światła wyjścia. Wyjście jest dodatkowo wzmocnione przez łączące laser do niektórych postaci rezonatora optycznego zwykle za pomocą szczypiec płaski wizjer i równoległych zwierciadeł na końcach skrzyżowania utworzone przez cleaving i polerowanie półprzewodników crystal. Fotony są odbijane z powrotem i z powrotem pomiędzy lustra stymulowania dalszej emisji w trakcie tranzytu, zwiększając tym samym strumienia świetlnego. Jeśli odpytywanego odległość od zwierciadła jest integralną liczbę długości fal na fali optycznej zostanie wzmocniony.

 

History

 

Fotowoltaiczny diody (ogniwo słoneczne)

Fotodiody, znany również jako ogniwa PV lub ogniw słonecznych, generowanie prądu elektrycznego gdy energia światła o odpowiedniej wielkości umniejsza wsemiconductor lattice pobliżu P-N junction. Jeśli photon energy w wiązce światła jest mniejsza niż band gap, energia to po prostu rozpraszana jako ciepło i żadne elektrony uwalniane są do pasma przewodnictwa i prąd nie płynie. Jeśli jednak poziom energii z fotonów jest równy lub wyższy niż pasmo odstęp w materiale półprzewodnikowym, spowoduje on wiązań kowalencyjnych w półprzewodnikach zerwana, jak elektrony przeskoczenia band gap do pasma przewodnictwa. Zarówno electron i puste miejsce pozostawione przez elektron w valence band ( hole) potem działać jako wolne nośniki ładunku i przyczynić się do ewentualnych bieżących. Po photon spowodował uwolnienie elektronów, wszelka energia fotonu gdyby przekraczające band gap będzie energia rozpraszana w postaci ciepła. Fotony więc będzie przechodzić przez sieć krystaliczną, aż zostają one wchłonięte jako ciepło lub dopóki nie poddawac ich energii, powodując wytworzenie otworu elektronowych par i uwalniania elektronów w paśmie między płciami.

 

W przypadku braku pola elektrycznego obu elektronów i otworze przemieszczać aż do odnalezienia siebie i poprzeczne pocięcie. Ważnym wymogiem dla funkcjonowania ogniw fotowoltaicznych jest istnienie wewnętrznego pola elektrycznego, które będą napędzać photo-pobudzonych nośników ładunku w obwodzie zewnętrznym przed ich poprzeczne pocięcie. “sweeper field” w PN junction zauważyć powyżej dostarcza niezbędne pola, która powoduje, że nośniki ładunku, aby przepływ przez skrzyżowania, które doprowadziły do obecnej jeśli obwód zewnętrzny jest podłączony przez skrzyżowanie. Elektrony będzie przepływać w obwodzie zewnętrznym aż nośniki ładunku, powodując pola są oddzielane. Jeśli nośniki ładunku są uzupełniane ze względu na ciągłe świecenie jak w osobowej celi, a następnie ciągły prąd popłynie. Prąd, który przepływa w państwach członkowskich jest bezpośrednio związany z prędkością, przy której fotony są absorbowane do półprzewodników poradźcie i tym samym jest proporcjonalna do intensywności światła. Komórki napięcie wyjściowe kopiuje band gap napięcie i wynosi zwykle około 0,5V.

 

History

 

  • Praktyczne urządzenia

Najbardziej oczywistym wnioskiem o ogniwach PV jest wychwytywanie energii słonecznej, ale nasłonecznienie występuje w całym spektrum częstotliwości. Komórka musi zatem być adekwatne do zakresu poziomów energii z promieniowania podczerwonego promieniowania czerwonego (1,1 eV) do ultra violet radiation (3,5 eV).

Oprócz tego w materiałach półprzewodnikowych stosowanych do konstruowania PV komórki mają swoje charakterystyczne band gap. Na krzem, najbardziej typowych materiałów półprzewodnikowych, jest 1.1 eV oraz arsenek galu 1.42 eV, z kilkoma wariantami tak wysoko jak 1,6 eV lub więcej.

 

Efektywność i Trade-Offs

  • Wydajność teoretyczna granica pasma (szerokość szczeliny)

Przez budującego ogniwa PV z półprzewodzącym materiały z bardzo niskim kapela szczelina powinna być możliwa do uchwycenia pełnego spektrum energii słonecznej. Niestety napięcie ogniwa będą również bardzo niskie, gdyż zależy ona od band gap. Ponadto Niskie pasmo odstęp materiałów można używać tylko część incydentu energia fotonu, która odpowiada band gap do uwolnienia elektronów do pasma przewodnictwa, a nadmiar energii wyższej energii fotonów w sun spectrum marnuje się jako ciepło.

Jeśli zamiast tego ogniwa PV jest wykonany z wysokiej band gap materiał, a następnie tylko energii o wysokiej energii fotonów zostanie przechwycone i cała energia w niskoenergetyczne fotony zostaną zmarnowane. Komórki napięcie będzie nieco wyższa, ale prąd będzie znacznie mniej.

Nie jest więc możliwa do uchwycenia pełnego spektrum energii słonecznej z jednego materiału półprzewodnikowego i maksymalna teoretyczna wydajność konwersji do konwersji energii słonecznej na energię elektryczną dla homojunction wzorów jest ograniczony do około 30% bez względu na to, jakie materiały są wykorzystywane.

Sprawność powyżej 30% są jednak możliwe, jeżeli urządzenia są zbudowane z więcej niż jednego materiału półprzewodnikowego pozwalając materiały z zakresu różnych szczelin, które będą wykorzystywane do chwytania różnych części energii słonecznej widma. (Patrz Heterojunction urządzeń poniżej)

  • Penetracja

Wydajność jest również zależna od głębokości penetracji fotonów w krysztale poradźcie.

Wydajność ogniw słonecznych jest ograniczone, ponieważ światło nie może przebić bardzo daleko do kryształów półprzewodnikowych, ograniczając jego zdolności dotarcia do potencjalnego zderzenia elektronów witryn. Dalej na skrzyżowaniu z powierzchni kryształu, tym mniej światła otrzyma.

Ponieważ energia fotonu jest proporcjonalna do częstotliwości, promieniowanie o wysokiej częstotliwości, niebieskie światło ma więcej energii (3,1 eV) niż niskiej częstotliwości światła czerwonego (1,8 eV) powinna zatem być w stanie wniknąć głębiej w strukturze krystalicznej niż światło czerwone. Z drugiej strony, tłumienie w krzemowych, materiałów półprzewodnikowych, najczęściej używane w PV cells, jest wyższe dla wyższych częstotliwości, promieniowanie niż dla niższych częstotliwościach tak wspierająca promieniowania czerwonego. W ten sposób zdolność światła do wniknięcia w krysztale poradźcie zależy od częstotliwości i wrażliwości widmowej zależy również od głębokości skrzyżowań.

  • Refleksje

Niektóre padającej na PV komórka jest również traconych z powodu odbicia od samego materiału i przewodniki prądu do niej przywiązani.

  • Rekombinacja

Fotowoltaiczny działanie polega na wykorzystaniu energii promieniowania słonecznego w celu utworzenia otworu elektronowych par poprzez bieżące przewoźników napędzaną przez pole elektryczne poprzez diodę junction. Niestety nie wszystkie z tych obecnych przewoźników należy go wyjąć z urządzenia półprzewodnikowe. Niektóre elektrony napotykają otwory na ich wędrówkę przez sieć krystaliczną i tak poprzeczne pocięcie eliminując jednocześnie redukując urządzenia z obciążalnością prądową. Jest to prawdopodobnie wystąpią w niedoskonałości i granice lub skrzyżowaniach w krysztale.

 

Połączenie wszystkich tych czynników oznacza, że korzyści ekonomiczne dla typowych urządzeń handlowych może być niższa niż 20%.

 

Heterojunction urządzeń

Nie jest konieczne do skonstruowania PV diode skrzyżowania z pojedynczych kryształów domieszkowanych po przeciwnych stronach skrzyżowania z “P” lub “N” typu dopants jak w tradycyjnej diody urządzenia. Dioda skrzyżowania mogą być wykonane z dwóch różnych materiałów półprzewodnikowych lub półprzewodników i metali w Schottky diode, aby pracować jako ogniwo słoneczne zasadniczym elementem jest obecność libero pola w poprzek skrzyżowania. Korzystanie z dwóch różnych materiałów pozwala na największą elastyczność projektowania poprzez wykorzystanie unikalnych właściwości każdego materiału.

Efektywność można zwiększyć, uwzględniając piętrowa, wielowarstwowej komórki w jakie nazywane są kaskadowo lub tandem urządzeń. Wierzchnia warstwa wykonana jest z cienkiej warstwy high band gap materiał, a poniżej znajduje się warstwa low band gap materiału. Wierzchnia warstwa będzie zatem przechwytywanie wysokiej energii fotonów z ultra violet końcu spektrum natomiast niskoenergetyczne promieniowanie podczerwone fotony przechodzą bezpośrednio przez być wychwycona przez low band gap materiały poniżej. Wybór materiałów jest jednak ograniczona przez konieczność warstw w celu utworzenia jednolitej strukturze krystalicznej.

Przerwa w obwodzie napięcia stosu jest sumą przerwę napięć poszczególnych ogniw.

Podobnie górna warstwa wykonana z dużej szczeliny zakresu materiału, który przechodzi większość incydent fotony mogą być optymalizowane do przewodzenia śródkomorowego ułatwiając prądu wyjąć z urządzenia, natomiast spodnia warstwa wykonana z low band gap materiały mogą być optymalizowane do pochłaniania energii.

Multijunction urządzeń przy użyciu krzemu oraz arsenek galu są najbardziej wydajne ogniwa słoneczne na bieżąco, osiągały tak wysokie, jak 39% skuteczności. Są też najdroższe.

 

Barwnik światłoczuły ogniw słonecznych (DSSC)

DSSC komórek, znane również jako Graetzel komórek, są niskie koszty alternatywy dla przyrządów półprzewodnikowych ogniw słonecznych. Zależą one do ich funkcjonowania na zasadzie reakcji elektrochemicznych w aktywie naczyń zamiast emisji elektronów w ciele stałym absorbujących światło warstw, stosowanych w konwencjonalnych krystaliczny i cienkowarstwowe ogniwa słoneczne.

 

Graetzel Cell

Aktywne wrażliwa na światło, materiał jest barwnikiem, zazwyczaj ruten, który jest przyklejony w cieniutkim monowarstwy na porowatą warstwą nano cząsteczki dwutlenku tytanu (TiO2), które świadczą o powierzchni między 20 a 30 razy większa od powierzchni z pojedynczego kryształu z TiO2 o porównywalnych gabarytach. TiO2 warstwa jest zanurzony w jodku redoks elektrolitu, który działa jako medium transportowe do jony dodatnie. Aktywne materiały są wciśnięta między Induim Tlenek cyny (ITO) z powłoką z przezroczystego szkła (szyby przedniej komory) i tylny Węglowy styk warstwy, ze szkła lub folii arkusza podłoża.

 

Otwór elektronowych par są generowane, gdy światło umniejsza na światłoczuły barwnik.wyzwolone elektrony szybko diffuse w poprzek TiO2 film przed rekombinacja może mieć miejsce do prowadzenia elektrody szklanej gdzie ujemny ładunek może wzrastać. Barwnik molekuły są zatem utleniany przy utracie elektronów z TiO2. Barwnik molekuł, minus ich zewnętrznych elektronów, a tym samym pozytywnie naładowana, następnie są zredukowane poprzez reakcję z jodku potasu jony elektrolitu odzyskania ich stanu początkowego odbierając elektron z jodku jonowe, zaś oksydowania jodku potasu do jodu. Pozytywnie naładowany jod a następnie rozprasza się na przeciwległą elektrodą. W ten sposób elektrony i dziury są oddzielone od siebie tak, że opłaty mogą być pobierane w różnych elektrod. Celem elektrolitu jest dostarczenie szybkiej redukcji cząsteczki barwnika utrudniając tym rekombinacja elektronów par otworów. Proces ten tworzy pola elektrycznego odpowiada, że dioda półprzewodnikowa i znany jest jako opłaty -rozdzielania. Jeżeli elektrody są połączone poprzez zewnętrzny obwód prądu napłyną do przywrócenia elektrolit do stanu początkowego.

 

Pole elektryczne w Graetzel komórka jest wprost proporcjonalny do napięcia ogniw i odwrotnie proporcjonalna do grubości ogniw. Korzyści z 7% do 10% dla tych urządzeń zostały osiągnięte. Oferują one obietnicę niższe koszty, łatwiejsze zdolności produkcyjnych za pomocą sitodruku procesy i inne potencjalne korzyści, takie jak elastyczne arkusze ogniw słonecznych, jednak barwniki w tych komórkach również dotkliwie odczuwają degradację pod wpływem ciepła i światła UV.

 

Seebeck i efekt Peltiera sprzężony termopary

Półprzewodzącym materiały są używane do produkcji termopar, które mogą zostać wykorzystane do wytwarzania energii elektrycznej przy użyciu Efekt Seebeck’a lub jako urządzenia chłodzące za pomocą efektu Peltier’a.

 

 

Gdy ciepło jest dostarczane do jednej strony semiconductor termopara energii cieplnej powoduje obciążenie przewoźników zostaną uwolnione do pasma przewodnictwa, elektrony w N rodzaj materiału i otwory w P typ materiału. To nośniki ładunku koncentratu na gorącej stronie urządzenia będą odpychać się zdarzyć z efektem jest tendencja do migracji w kierunku zimnej stronie urządzenia. W N typ materiał ten przepływ elektronów stanowi prąd płynący z zimnego do ciepłego boku i ruch elektronów powoduje ujemny ładunek do budowania na zimnej stronie pojawi się odpowiedni ładunek dodatni na gorącej stronie ze względu na deficyt elektronów. P rodzaj materiału migracji otwory stanowi prąd płynący w przeciwnym kierunku i ładunek dodatni jest zbudowany na zimno i odpowiedni ładunek ujemny na gorącej stronie.

Polaczenie rozjazdy wraz z metalowych łączników, jak pokazano na rysunku powyżej, a prąd będzie przepływać w obwodzie zewnętrznym. Prąd generowany jest proporcjonalna do gradientu temperatury pomiędzy ciepłymi i zimnymi rozjazdy i napięcie jest proporcjonalne do różnicy temperatury.

Ciepła muszą być usunięte z cold junction inaczej migracji nośników ładunku będzie równoważyć ich dystrybucję w półprzewodnikach eliminując różnicę temperatury przez urządzenie powodujące migrację i stąd obecna na “stop”.

 

Wytwarzanie energii elektrycznej od strumienia ciepła przepływającego przez przewodnik jest znany jako Efekt Seebeck’a.

 

Thermo-electric generators W oparciu o Efekt Seebeck’a zostały wykorzystane w nuclear batteries celu przewodów ciepło z rozpadu jądrowego do produkcji energii elektrycznej.

 

History

Gdy napięcie jest nakładana półprzewodnikowa termopary, wszelkie nadwyżki nośniki ładunku w półprzewodnikach są przyciągane w kierunku terminalu o przeciwnej polaryzacji. Jest to mechanizm przepływu prądu przez przewodnik. W ten sposób elektrony w N typ materiału migrować w kierunku dodatniego bieguna powodując nadwyżkę osadzają się w regionie semiconductor obok terminalu pozostawiając deficyt po ujemnej stronie urządzenia. Podobnie otwory w P typ materiału migrować w kierunku bieguna ujemnego. Innymi słowy to nośniki ładunku są jakie przetoczyły się przez materiał przyspieszając jak to zrobią , z powodu pola elektrycznego wytwarzanego przez napięcie między zaciskami urządzenia i ich zwiększonej energii kinetycznej jest uczyniony jako ciepło.

Temperatury w urządzeniu zależy od liczby i energia kinetyczna nośników ładunku. Temperatura będzie zatem wyższa w regionie, gdzie opłata przewoźników są skupione i opuścić w regionie mają właśnie opuszczał gdzie ładować gęstość jest zatem niższa. A zatem, gradient temperatury, proporcjonalna do wielkości stosowanego prądu, osadza się w urządzeniu. Ten gradient temperatury mogą zostać utrzymane tylko jeśli jednak ciepła mogą zostać usunięte z gorących junction, inaczej temperatura będzie zmierzał do wyrównania między urządzeniem a ciąg dalszy przepływ prądu spowoduje, że urządzenie przed przegrzaniem.

Ciepło pochłonięte lub tworzonych na skrzyżowaniach jest proporcjonalna do przepływ prądu elektrycznego i proporcjonalności stała znana jest jako współczynnik Peltiera sprzężony.

W przeciwieństwie do wytwarzania ciepła Joule’a (I2R), efekt Peltiera sprzężony jest odwracalny w zależności od kierunku przepływu prądu.

 

Do przenoszenia ciepła z jednego końca przewodnika do innych spowodowanym przez przepływ prądu elektrycznego przez przewodnik jest znany jako efektu Peltier’a.

 

History

Półprzewodzącym materiały zostały użyte w powyższym przykładzie do zobrazowania zasady działania thermoelectricity. Te same zasady dotyczą jednak żadnych przewodników. Tylko wielkości efekty są różne.

 

To efekt Thomsona

Chociaż zjawiska Seebeck i efekt Peltiera efekty zostały po raz pierwszy odkryte w obwód pętli za pomocą dwóch odmiennych metali, fundamentalne zjawisko faktycznie istnieje w pojedynczą żyłę jak był później doniesieniami Kelvin i nazywająca efekt Thomsona na jego cześć. Nie jest to więc odmienne metale, które generują napięcie ale gradient temperatury, to właśnie zdarzyło się, że był on stosowanie odmiennych metali z różnych właściwości termiczne w obwodach, które umożliwiły odkrycie tych zjawisk.

 

Tranzystor

Skrzyżowanie tranzystory zbudowane są z trzech warstw półprzewodnika kanapka z bardzo cienka warstwa środkowa tworząc dwa P-N łączniki Konfigurowane podobnie jak dwie diody w położeniu najmniejszego wzniosu. W pracy jeden z rozjazdów jest odwrotna stronniczą drugiej naprzód stronniczą. Tranzystory bipolarne są tak nazwane, ponieważ głównym kanałem korzeniowym zatrudnia zarówno elektrony i dziury, aby wykonać główny prąd elektryczny przez urządzenie.

Tranzystor NPN

W NPN tranzystor zewnętrzne warstwy, które tworzą emiter i kolektor są typu N półprzewodniki domieszkowane za zanieczyszczenie, do zasilania dodatkowych elektronów, natomiast cienkie warstwy podkładowej, zazwyczaj tylko 1 mikronów grubości, to P typu półprzewodników domieszkowanych z różnych zanieczyszczeń, które zawiera otwory.

NPN Transistor

Typowy tranzystor NPN jest dostarczana przez dodatnie napięcie akumulatora na ślizgaczu, emiter odprawiona zostaje potencjału masy.

Brak napięcia lub napięcie ujemne, na denku, brak prądu, innych niż prąd upływu może przepłynąć między emiter i kolektor, ponieważ baza-kolektor skrzyżowanie jest z tyłu stronniczą.

Jeśli napięcie dodatnie stosowane jest do podstawy, emiter-baza junction przechodzi do przodu stronniczą i przepływ elektronów z emitera do bazy, ale ponieważ podstawa jest bardzo chuda i lekko domieszkowanych tylko kilka elektronów poprzeczne pocięcie z otworami i od tyłu stronniczą baza-kolektor skrzyżowania jest zubożony o nośniki ładunku, większość elektronów wprowadzanych podstawy są zmiotły w kierunku dodatniego bieguna kolektor przepływa przez reverse stronniczą junction. Ważne jest aby utrzymać podstawy region tak cienkie i wolny od wad, jak to możliwe, w celu zminimalizowania strat rekombinacja mniejszościowych nośników (elektronów w tym przypadku). Bieżące związane z ruchu elektronów, przepływa w kierunku przeciwnym między Kolektor i emiter. W ten sposób mały prąd wprowadzenie podstawy może spowodować znacznie większy prąd płynący między Kolektor i emiter. Innymi słowy Tranzystor działa jak wzmacniacz.

Tranzystor PNP

 PNP Transistor W PNP tranzystor emiter i kolektor są wykonane z P typ półprzewodniki a podstawą jest N typ materiału. Że zachowuje się w sposób podobny do tranzystora NPN chyba że wszystkie potencjały są odwrócone i elektrony jazdy w przeciwnym kierunku.

Bipolarny tranzystor skrzyżowań (BJT) jest teoretycznie symetrycznej urządzenia i powinno działać to samo, jeśli emiter i kolektor przewodów zostały pozamieniane, jednak w praktyce kolektor jest znacznie większy niż emiter w taki sposób, aby uchwycić jak najwięcej z nośników ładunku dostarczonego przez emiter, a także do działania jako radiator.

 

Z BJT tradycyjnie analogowy designerskiej, tranzystor z wyborem, głównie ze względu na jego wysoką Wzmaczniacze transkonduktancyjne (stosunek między zmianą na prąd wyjściowy do zmiany napięcia, które spowodowało że :  gm=ΔIout/ΔVin).

 

Na skrzyżowaniu tranzystor jest urządzeniem sterowanym w przeciwieństwie do napięcia sterowane urządzenia i ponieważ baza-emiter diody do przodu jest tendencyjna, z tranzystorem jest wadą niska impedancja wejściowa, która będzie zwalniać źródło sygnału podłączonego do bazy tranzystora. FET natomiast napięcie jest kontrolowane i nie ma tego problemu z załadunkiem, ponieważ wejście diody skrzyżowania jest odwrotna stronniczą dostarczając bardzo wysoka impedancja wejściowa i rysowaniem tylko bardzo małych prądów.

 

History

 

Field Effect Transistor – tranzystor

Złącze kabinowej bipolarne tranzystory są zwykle odcinających : przy braku prądu bazowego, blokują wszelkie bieżące z spacerowanie na trawę. Pole-efekt tranzystory są normalnie na urządzeniach: przy zerowych zastosowana bramka-źródło napięcia, umożliwiają one maksymalny prąd spustu. Są one urządzeniami odprowadzenia jednobiegunowe z aktualnie prowadzonych w całości przez większość przewoźników i kontrolowany przepływ prądu nie mają krzyża a P-N junction. Istnieje P-N skrzyżowania wewnątrz FET, ale jego jedynym celem jest zapewnienie, że mechanizmy prowadzenia okolicznego regionu, który służy do ograniczania prądu przepływającego przez kanał.

W MOSFET gate prądu jest znikomy i transporterów w kanale są tylko typy odpowiedzialne za przepływ prądu.
Field Effect Transistors

 

Junction FET (JFET)

N-kanałowy junction FET wykonany jest z jednego kawałka typu N materiał dochodziłoby w środku przez P typ materiał tworzący wrota. Między źródłem i opróżnić, n-type materiał zachowuje się jak rezystor. Przepływ prądu składa się z większości przewoźników (elektrony dla n-typ materiału).

Ponieważ brama junction jest odwrotna stronniczą i ponieważ nie ma mniejszościowy udział przewoźnika do przepływu przez urządzenie, impedancja wejściowa jest niezwykle wysoka. Kiedy napięcie na bramce jest bardziej negatywny, nie wyczerpuje większość przewoźników z wąskich ścieżek w regionie wrota zwiększając jej wytrzymałość i zmniejszając przepływ prądu. Zmieniając napięcie bramki moduluje przepływ prądu przez urządzenie. Element sterujący dla JFET pochodzi z uszczupleniem nośniki ładunku z N-kanałowy.

 

Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET) – IGFET
Tranzystory MOSFET są izolowaną bramką tranzystorów (IGFET’s), w których bramka terminal jest warstwa metaliczna warstwa umieszczone ponad kanał, ale od niego oddzielony cienką warstwę izolującą dwutlenek krzemu. Ta bariera izolacyjna działa jak warstwa dielektryka do kondensatora, a pozwala zamienić stronniczą bramka-źródło napięcia czytelniczych okolicznego regionu elektrostatycznie raczej niż przez bezpośrednie połączenie. Jak w JFET, zmieniając napięcie na bramce moduluje przewodność kanał umożliwiając przepływ prądu między spuścić i źródła, które mają być kontrolowane. Na tlenek izolacyjny między bramką a kanałem skutecznie izoluje MOSFET w jeden logiczny etap od poprzednich i następnych etapów.

 

P kanał FET, działa w sposób podobny do N-kanałowy urządzenie z napięciami odwrócone i z dziurami zamiast elektrony, jak większość przewoźników.

MOSFET
Na tranzystory MOSFET są wykorzystywane w większości obwodów cyfrowych. Patrz także: CMOS

 

Technologia MOSFET jest również szeroko stosowany do wykonania dużej mocy rozdzielnie, ponieważ jego wysoka impedancja wejściowa, duża szybkość przełączania i jej stabilność termiczna.

 

History

 

Pływające bramki tranzystora

Pływający-gate, lawinowa piorącą MOSFET (FAMOS) tranzystor jest podstawowym budulcem wykorzystywane do budowy komórek pamięci w nieulotnej pamięci danych, takich jak dyski typu flash, EPROM i EEPROM (pamięć.

Oprócz standardowego dostępu lub kontroli te bramki MOSFET posiadają drugie “pływające” gate wciśnięta między kontrolą gate i półprzewodnikowy substrat wbudowane w warstwy izolacyjnej i odizolowane od obu wejść do bramki i substratu.

Ze względu na ruchome klapa jest caFloating Gate MOSFETłkowicie otoczone przez SiO2, wysokiej jakości izolatora, że zachowuje się jak kondensator i jakichkolwiek opłat umieszczona na pływającym zasłonka uniemożliwiono nieszczelne, co zapewnia mu doskonałą długoterminowego przechowywania ładowania 10 lat lub więcej.

 

Urządzenie jest programowane przez zastosowanie , wysoki impuls napięcia 12 V lub więcej pomiędzy spustem i sterowania bramą. Ponieważ SiO2 warstwa jest bardzo cienka ta wywołuje lawinę awarii pokrywa warstwa izolacyjna umożliwiając przepływ elektronów do demolki to SiO2 warstwy do pływającej bramki, zapewniając swobodne elektrody neutralnej ładunek elektryczny.

 

Gdy pływającą bramką jest naładowany go modyfikuje próg napięcia sterującego bramki hamując jego działania. Zatem może być ustawiony w celu zablokowania tranzystora w stanie wyłączonym, odróżniające ją od innych podobnych tranzystorów, które nie zostały naładowane (zaprogramowany). Właściwość ta może być użyta do stworzenia ROM (Read Only Memory). Pływające pokrywy może zostać przywrócony do stanu wyładowanie przez narażenie na silne promieniowanie ultrafioletowe, które powoduje spowolnienie ładowania przeciek z dala.

 

Macierze z pływającą bramką tranzystorów w układach scalonych używane są w celu zapewnienia Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (EPROM). W praktyce zaprogramowaną EPROM zachowuje swoje dane przez około dziesięć do dwudziestu lat i może zostać odczytana nieograniczoną liczbę razy.

 

History

 

Tyrystor lub sterowane krzemowe prostownicze (SCR)

To tyrystor ma cztery warstwy P-N-P-N o różnych poziomach doping dla każdej warstwy. Katoda jest silnie domieszkowanych i furtce i anody są mniej silnie domieszkowane. Centralne typu N warstwa jest tylko nieznacznie domieszkowanych a także jest grubsze niż w innych warstwach umożliwiające obsługę blokowania wysokiego napięcia.

Thyristor

W trakcie pracy tyrystora mogą być traktowane jako NPN i PNP tranzystor podłączony w położeniu najmniejszego wzniosu, tworzących pozytywny feedback loop w urządzeniu. Wyjście z jednego tranzystora jest podawany na wejście drugiego i wyjście tranzystora drugi z kolei jest odprowadzany z powrotem do wejścia w pierwszej kolejności. Małego impulsu wyzwalającego na bramie będzie zawracał tyrystor i raz prąd zacznie płynąć, to szybko narasta, aż oba tranzystory są całkowicie włączone lub nasączone i jedynym sposobem może być wyłączona jest przez usunięcie napięcia zasilania.

Urządzenie zostało zaprojektowane do działania jako przełącznik i może przenosić bardzo duże prądy.

 

History

 

Bramka Wyłączania  Tyrystora (GTO)

Podstawowe tyrystor projektowanie z pękniętym zwrotnych, gdy okazało się, że nie może zostać wyłączony, chyba że napięcie zasilania została usunięta, ponieważ bardzo wysokie natężenie przeprowadził odpalenia wyłącza się bardzo trudne. Poprzez modyfikację struktury urządzenia możliwe było stosowanie samego sterowania bramą zarówno włączanie i wyłączanie przepływu prądu. Jednak wrota prąd wymagany, aby wyłączyć urządzenie może sięgać nawet 20% anody (obciążenia).

Podobnie jak przy tyrystorach urządzenia te mogą obsługiwać bardzo duże prądy obciążenia.

 

Shockley dioda lub cztery warstwy diody

W Shockley diody jest zasadniczo SCR bez bramki. Zazwyczaj jest ona zwykle nieprzewodzących po podłączeniu do niskiego napięcia anodowego ale zatrzaski gdy impuls napięcia przekraczające “Kąt rampowy” lub “strzelanie” podawane jest napięcie i będzie nadal prowadzić po impuls jest usuwane aż do napięcia anodowego jest usuwany. Był on pierwotnie przeznaczony do wykorzystania jako zamiennika dla przekaźników w telekomunikacji pracującymi.

 

History

 

Izolowana bramką tranzystora bipolarnego (IGBT)

Tranzystor IGBT to 4-stopniowy (N-P-N-P) urządzenie podobne do tyrystor lecz z MOS-gated kanału łączącego dwa n-type regionów. £¹czy ono niski korzeniowym zatonięcia BJT z przełączaniem prędkości MOSFET. Tranzystor IGBT wysoka impedancja wejściowa i szybkiej kolei na prędkość jak MOSFET i wystawami na napięcie, gęstość prądu i niskie straty podczas przewodzenia porównywalne do tranzystor bipolarny jednak znacznie szybsze przełączanie. Podczas gdy jedni tyrystory, takich jak GTOs bramka (Wyłącz) mogą być wyłączone przy bramce, rozbudowanego wsteczny prąd bramki jest wymagana, natomiast wyłączenie Tranzystor IGBT wymaga jedynie, że reaktancję pojemnościową bramki należy rozładować i zapewnia większą niezawodność turn-off. Chociaż frekwencję na prędkości są bardzo szybkie, turn-off IGBT jest wolniejsze niż tranzystora MOSFET.

Tranzystor IGBT jest obecnie elementem o dużej mocy przełączania obwodów i sterowniki silnika.

 

History

 

Uk³adach scalonych

Obwody zintegrowane są zazwyczaj klasyfikowane w zależności od ich układu funkcji, z których wiele tysięcy, lub przez urządzenia technologii. Produkty od stosunkowo prostych urządzeń składa się z kombinacji struktur półprzewodnikowych zauważyć powyżej, do kompletnych układów przy użyciu dosłownie miliony elementów zbudowany na jednym chipie. Kilka prostych przykładów dalszych możliwości projektowe, umożliwione przez obwód zintegrowany proces produkcji technologia:

 

Połączenia i elementy bierne

Za doping techniki opracowane dla diod i tranzystorów, jest to  sprawa łatwa do stworzenia na podłożu półprzewodnika, metalowych łączników, oporniki i kondensatory, które mogą być stosowane do łączenia elementów aktywnych razem w większych układach.

Kondensatory są formowane z tyłu stronniczą PN skrzyżowaniach. Rezystory zależne od wtedy kolejnego właściwości półprzewodników luzem, które mogą być określane przez kontrolowanego dopingu z nieczystościami jednak dc-stronniczą tranzystory są stosowane do wykonania wysokiej wartości oporników.

Połączenia zależą od przeznaczenia wspólnopłaszczyznowa konstrukcja urządzenia i wykonywane są za pomocą fotolitografii do złożenia metalizowana ścieżki na górze dwutlenek krzemu warstwy izolacji.

 

History

 

Skomplikowanych struktur

Nowe urządzenia mogą być tworzone za pomocą kombinacji podstawowych przyrządów półprzewodnikowych na skrzyżowaniach w obrębie tego samego urządzenia. Proste przykłady są wielorakie emitera tranzystora i inwertera CMOS.

Multi Emitter Transistor

Kilka dyskretnych urządzenia mogą być połączone razem w obwodach do realizacji najczęściej używanych funkcji elektronicznych w zakładanej standardowej komórki. Producentów półprzewodników utrzymują komórki biblioteki, z którego można czerpać wzory debugowany router do budowania bardziej skomplikowanych układów.

 

 CMOS Inverter Komplementarnych tranzystorów MOSFET (CMOS)

CMOS jest nieco bardziej złożona z P-MOS i N-MOS na tym samym chipie. Konfiguracja pokazana jest odwracanie obwód, który jest podstawowym elementem CMOS bramki logiczne. Tylko jeden tranzystor jest “włączony”, w dowolnym czasie, ale skoro tamten jest “wyłączony”, prąd nie może płynąć w stan spoczynkowy. Prąd płynie tylko podczas przełączania i ta kombinacja ma więc bardzo niski pobór mocy, jednak oznacza to również, że obecnie wzrasta wraz z prędkością zegara.

 

Technologia mieszana urządzeń

Możliwe jest naniesienie MOSFET i BJT na tej samej matrycy do osiągnięcia korzyści obu technologii w jeden element. W tym przypadku niska moc przetwarzania sygnału cyfrowego mogą być obsługiwane przez tranzystory MOSFET, BJT, zapewniają dużą prędkość, Doppler z wysoką częstotliwością powtarzania impulsów prądu doczepienia do obciążenia. BiCMOS (Bipolarne-CMOS) i IGBT‘s (izolowaną bramką tranzystory bipolarne) są przykładami mieszane układy tranzystorowe.

 

Skomplikowanych obwodów

Oczywistym celem scalonych jest połączenie elementów dyskretnych lub komórek do postaci skomplikowanych obwodów zrealizowany na pojedynczym chipie. Mikroprocesor jest prawdopodobnie najbardziej znanym przykładem tego ale możliwe kombinacje są nieograniczone.

 

Materiałów półprzewodnikowych cele wydajności

  • Wysokiej czystości materiałów półprzewodnikowego – bez zbędnych lub niekontrolowanego właściwości przewodzących.
  • Wada darmowe kryształy – choroby gośćcowe naruszyć struktury urządzeń.
  • Wyjątkowo cienka konstrukcja bazy tranzystora warstw – pomaga migracji nośników mniejszościowych w poprzek podstawy, zmniejsza pojemność urządzenia i zwiększa górnej częstotliwości granicznej.
  • Bardzo małych budowli – zminimalizować urządzenia nieruchomości.
  • Krótkie połączenia – Zmniejszenie wychwytu czas tranzytu, zwiększenie zakresu częstotliwości, zmniejszyć rozmiar matrycy.
  • Dużych powierzchni kolektora i masa – Wspomaganie przenoszenia dużej mocy
  • Wysoka temperatura operating capability
  • Dobrym przewodnikiem ciepła – ciepła łatwy demontaż
  • Niskie prądy upływu – Przelaczniki, że naprawdę są “off”, gdy są one zamieszkiwane jest wyłączony.
  • Łatwo akceptuje doping
  • Zadanie jest proste – nie drogie techniki produkcji
  • Tani materiał

 

Produkcja

Metody projektowania i produkowania tych sprytnych struktur półprzewodnikowych wymaga inżynierów wykształconych na szeroki zakres tematów, od obwodów elektronicznych i oprogramowania do optyki, X-ray crystallography i teoria kwantowa i wezwał do rozwoju innowacyjnych precyzyjne techniki wytwarzania i kontroli procesu.

Poniżej przedstawiono niektóre właściwości fizyczne (mechanika) struktur, które zostały wykorzystane do implementacji struktury elektryczne jak powyżej, a procesy produkcyjne stosowane do ich osiągnięcia: