"Ceea ce ni se pare un miracol, de fapt nu este!" - Simon Stevin
Dar ce se va întâmpla dacă pisica lui Schrodinger este împinsă în flaconul lui Klein și înfășurată cu bandă Moebius.
"Fizica clasei" este clasa-fizika.spb.ru, class-fizika.narod.ru. class-fizika.ru.
Ultima actualizare în Joi, 20/20/11 9:25 AM
Întrebați, ce este un semiconductor și unde pot fi văzute? - în "inima" chip-urilor de microprocesor și într-un tranzistor. Orice dispozitiv conectat la un computer sau folosind unde radio este direct legat de utilizarea semiconductorilor.
Astăzi, cele mai multe cipuri și tranzistoare cu semiconductoare sunt fabricate din siliciu. S-ar putea să fi auzit expresii precum "Silicon Valley", "Silicon Economy", "Age of Silicon". Și toate acestea, din cauza faptului că siliciul este baza oricărui dispozitiv electronic.
Figura arată (în sensul acelor de ceasornic de sus): un cip, un LED și un tranzistor - toate sunt realizate din material semiconductor - siliciu.
Cel mai simplu dispozitiv electronic este o diodă. Prin urmare, o diodă poate fi considerată ca punct de plecare dacă doriți să înțelegeți cum funcționează semiconductorii. În acest articol, veți afla ce este un semiconductor, cum afectează proprietățile impurității și cum se creează o diodă folosind semiconductori.
Să deschidem secretele de siliciu.
Siliconul este un element foarte comun. De exemplu, este elementul principal în compoziția nisipului și a cuarțului. Dacă te uiți la poziția de siliciu în tabelul periodic DI. Mendeleev, veți vedea că este în spatele aluminiului - Al, sub carbon - C și peste germaniu - Ge.
Structura electronică a carbonului, siliciului și germaniului (germaniul, ca siliciul, este un semiconductor) are o proprietate unică - fiecare dintre ele are patru electroni pe coaja de electroni exterioară. Această proprietate determină posibilitatea obținerii cristalelor singulare fine ale acestor elemente. Patru electroni formează legături covalente perfecte cu patru atomi învecinați, creând o latură. Carbonul, după cum știm, are o formă cristalină, cunoscută sub numele de diamant. Un cristal de siliciu este un metal argintiu solid.
În latura cristalină a siliciului, toți atomii de siliciu formează legături chimice cu patru atomi învecinați. În acest caz, nu există electroni liberi în cristalele de siliciu, iar curentul electric prin cristal nu poate curge, în special la temperaturi scăzute. Prin urmare, cristalul de siliciu este mai mult ca un izolator, și nu un conductor.
Metalele sunt de obicei bune conductoare de electricitate, deoarece acestea au de obicei un „electroni liberi“, care se pot deplasa cu ușurință între atomii, iar curentul electric în acest caz este un flux de electroni. In timp ce, ca siliciu monocristalelor, ele sunt aparent foarte asemanatoare cu metale nu sunt de fapt din metale Toți electronii externi într-o formă cristalină de siliciu perfecte legături covalente cu cristale învecinate și, prin urmare, nu se poate deplasa. siliciu cristal cu o cantitate mică de impurități este în mod substanțial un izolator - prin aceasta la temperatura camerei, se poate produce curent foarte mici.
Adăugarea de impurități la siliciul doping de siliciu
Dacă se adaugă siliciu la cristalul de siliciu, se adaugă siliciu, apoi este posibil să se schimbe proprietățile siliciului și să se transforme într-un conductor. Atunci când siliciul este dopat, o cantitate mică de impurități este adăugată la cristal.
Există două tipuri de impurități: tip p și tip n.
Atunci când se introduc impurități de tip n, o cantitate mică de fosfor-P sau arsenic-As se adaugă la cristalele de siliciu. Pe carcasa exterioară a fosforului și arsenicului sunt cinci electroni, care ocupă mai mult spațiu decât electronii atomului de siliciu. Cel de-al cincilea electron nu formează o legătură cu atomii de siliciu învecinați și, prin urmare, se poate mișca liber în cristal. Pentru a crea un număr suficient de electroni liberi necesari fluxului de curent electric, este necesară o cantitate foarte mică de impurități. Silicon n-type este un bun conductor. Deoarece electronii au o sarcină negativă, un cristal de siliciu cu astfel de impurități se numește siliciu de tip n.
Atunci când se introduc impurități de tip p, la cristalele de siliciu se adaugă o cantitate mică de bor-B sau galiu-Ga. Pe coaja de electroni exteriori de bor și galiu există doar trei electroni. Când aceste impurități intră în cristalele de siliciu, ele formează "găuri" în rețea, în care nu există electroni. Absența unui electron este echivalentă cu prezența unei singure încărcări pozitive. Direcția mișcării găurii poate fi privită ca un curent electric. Gaura "captează" în mod corespunzător electronul atomului învecinat și, în consecință, gaura se mișcă în cristal. Silicon p-type este un bun conductor.
Deci, o mică cantitate de impurități de tip n sau de tip p transformă cristalele de siliciu de la un izolator bun într-un conductor suficient de bun (deși cu conductivitate scăzută) - această proprietate a dat și numele de "semiconductor".
Proprietățile tipului de tip n sau siliciului de tip p nu sunt deosebit de surprinzătoare. "Miracolul" și proprietățile foarte interesante apar atunci când combinați împreună siliciul de tip p și tip n, adică când se formează o joncțiune p-n.
Crearea unei diode semiconductoare
O diodă este una dintre cele mai simple dispozitive electronice care pot fi realizate dintr-un semiconductor. Dioda transmite curent doar într-o singură direcție, în cealaltă direcție curentul prin diodă nu trece. Desigur, ați văzut turnicheli în stadion sau în metrou, prin care oamenii pot merge doar în direcția apei. Din punct de vedere figurat, o diodă este un turnichet cu un singur sens pentru electroni.
Dacă puneți împreună siliciul de tipul p și n, așa cum se arată în figură, va apărea un "miracol" - veți obține o diodă cu proprietatea unică de a transmite curentul într-o singură direcție.
În ciuda faptului că separat și tipul de siliciu n și siliciul de tip p conduc un curent bun, adică sunt "conductori răi", combinația lor prezentată în diagramă nu conduce un curent electric.
• Electronii încărcați negativ în siliciu de tip n sunt atrasi de polul pozitiv al bateriei.
Găurile încărcate pozitiv sunt atrase de polul negativ al bateriei.
Prin joncțiunea dintre siliciu de diferite tipuri (PN - joncțiune), în acest sens, curentul bateriei nu curge, deoarece ambii electroni și găuri deplasa în direcția „greșită“, „Dacă schimbați polaritatea bateriei, dioda va fi perfect pentru a conduce curentul electric de electroni liberi .. în siliciu de tip n sunt respinse de polul negativ al găurilor de baterii din siliciu de tip p sunt respinse de la polul pozitiv al bateriei în p-n - .. tranziția dintre electroni și găurile liber siliciu de tip p și n-tip de siliciu și există electroni umplu găurile, adică există un fenomen, care se numește recombinarea electroni și găuri încetează să mai existe, dar în locul lor vin noi electroni și găuri în recombinarea prin p-n -... tranziția de un fluxurile de curent electric.
Un dispozitiv care transmite curentul într-o singură direcție, dar nu trece în direcția opusă, sună o diodă. Diodele sunt utilizate într-o mare varietate de dispozitive și circuite. De exemplu, dispozitivele care utilizează bateriile ca sursă de alimentare conțin o diodă care protejează dispozitivul atunci când bateriile sunt conectate incorect. Dioda pur și simplu nu trece curent dacă bateria este conectată incorect, adică protejează elementele electronice sensibile din dispozitiv. Desigur, comportamentul unei diode reale diferă de dioda ideală, pe care am considerat-o mai sus. Figura următoare prezintă caracteristica curentului de tensiune al unei diode reale:
Tranzistori și chipsuri
Un tranzistor este creat prin utilizarea a trei straturi de semiconductori, mai degrabă decât două utilizate într-o diodă. Puteți crea un tranzistor sub formă de npn sau pnp "sandwich". Tranzistorul poate funcționa ca un comutator sau ca amplificator.
Tranzistorul se aseamănă cu două diode care sunt întoarse unul spre celălalt. Apoi s-ar putea să vă gândiți că tranzistorul nu va conduce un curent electric, deoarece cele două diode conectate la diode nu trec curent în nici una din direcții. Și acesta este adevărul! Cu toate acestea, atunci când treceți un mic curent prin stratul central al tranzistorului, mult mai mult curent va trece prin tranzistor ca un întreg. În consecință, tranzistorul se poate comporta ca un întrerupător. Un curent mic poate activa și dezactiva un curent mult mai mare! Cipul de siliciu este o placă mică de siliciu, pe care se fabrică un număr mare de tranzistori - câteva zeci de milioane. Cu tranzistoare care acționează ca întrerupătoare, puteți crea circuite logice pe baza cărora sunt create cipurile de microprocesor. Procesul natural de dezvoltare: siliciu-siliciu cu impurități - un chip tranzistor - a dus la faptul că microprocesoarele și alte dispozitive electronice au devenit ieftine și răspândite în societatea modernă.
Principiile fundamentale științifice care stau la baza lucrărilor dispozitivelor semiconductoare sunt surprinzător de simple. Este un miracol să ia în considerare ingineria constantă și aplicarea tehnologică a acestor principii pentru a crea zeci de milioane de tranzistori ieftini într-un singur chip astăzi.
Sursa: Fizica internă AA Boguslavsky
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: