Basics Semiconductor
Trosolwg
Mae technoleg fodern yn bosib diolch i ddosbarth o ddeunyddiau a elwir yn lled-ddargludyddion. Mae'r holl gydrannau gweithredol, cylchedau integredig, microsglodion, trawsyrwyr, yn ogystal â llawer o synwyryddion yn cael eu hadeiladu gyda deunyddiau lled-ddargludyddion. Er mai silicon yw'r deunydd lled-ddargludyddion mwyaf adnabyddus a ddefnyddir mewn electroneg, defnyddir ystod eang o lled-ddargludyddion gan gynnwys Germanium, Gallium Arsenide, Silicon Carbide, yn ogystal â lled-ddargludyddion organig. Mae pob deunydd yn dod â rhai manteision i'r tabl fel cymhareb cost / perfformiad, gweithrediad cyflymder uchel, tymheredd uchel, neu'r ymateb a ddymunir i signal.
Lled-ddargludyddion
Yr hyn sy'n gwneud lled-ddargludyddion mor ddefnyddiol yw'r gallu i reoli eu heiddo a'u hadeiladau trydanol yn ystod y broses weithgynhyrchu yn fanwl. Rheolir eiddo lled-ddargludyddion trwy ychwanegu symiau bach o amhureddau yn y lled-ddargludydd trwy broses o'r enw cyffuriau, gyda gwahanol amhureddau a chrynodiadau sy'n cynhyrchu gwahanol effeithiau. Drwy reoli'r cyffuriau, gellir rheoli'r ffordd y mae cerrynt trydanol yn symud trwy lled-ddargludydd.
Mewn dargludydd nodweddiadol, fel copr, mae electronau yn cario'r gyfredol ac yn gweithredu fel y cludwr codi tâl. Mewn lled-ddargludyddion, mae electronau a 'thyllau,' absenoldeb electron, yn gweithredu fel cludwyr tâl. Drwy reoli cyffuriau'r lled-ddargludydd, y dargludedd, a gall y cludwr tâl gael ei deilwra i fod naill ai ar ffurf electron neu dwll.
Mae dau fath o ddopio, N-math, a P-math. Mae gan dopants N-fath, fel arfer ffosfforws neu arsenig, bum electron, a phan ychwanegir at lled-ddargludydd mae'n darparu electron rhydd ychwanegol. Gan fod tâl negyddol gan electronau, gelwir deunydd sy'n cael ei gopïo fel hyn yn N-math. Dim ond tair electron sydd gan dopants P-math, fel boron a galiwm, sy'n arwain at absenoldeb electron yn y crisial lled-ddargludyddion, gan greu twll yn effeithiol neu dâl cadarnhaol, felly dyna'r enw P-math. Bydd dopants N-math a P-math, hyd yn oed mewn symiau munud, yn gwneud lled-ddargludydd yn ddargludydd gweddus. Fodd bynnag, nid yw lled-ddargludyddion math N a math P yn arbennig iawn ganddynt hwy eu hunain, gan fod yn ddargludyddion gweddus yn unig. Fodd bynnag, pan fyddwch chi'n eu rhoi mewn cysylltiad â'i gilydd, gan ffurfio cyffordd PN, cewch ymddygiadau gwahanol iawn a defnyddiol iawn.
Dod Cyffordd PN
Nid yw cyffordd PN, yn wahanol i bob deunydd ar wahân, yn gweithredu fel arweinydd. Yn hytrach na chaniatáu i gyfredol lifo yn y naill gyfeiriad, mae cyffordd PN yn caniatáu i gyfredol lifo mewn un cyfeiriad, gan greu diode sylfaenol. Mae defnyddio foltedd ar draws cyffordd PN yn y cyfeiriad blaen (rhagfarn ymlaen) yn helpu'r electronau yn y rhanbarth N-fath gyfuno â'r tyllau yn y rhanbarth P-math. Gan geisio gwrthdroi llif y rhagdybiaeth gyfredol (rhagfarn wrth gefn) drwy'r lluoedd diode, mae'r electronau a'r tyllau ar wahân sy'n atal y presennol rhag llifo ar draws y gyffordd. Mae cyfuno cyffyrddau PN mewn ffyrdd eraill yn agor y drysau i gydrannau lled-ddargludyddion eraill, megis y transistor.
Trawsyrwyr
Gwneir transistor sylfaenol o'r cyfuniad o gyffordd tri defnydd N-math a P-math yn hytrach na'r ddau a ddefnyddir mewn diode. Mae cyfuno'r deunyddiau hyn yn cynhyrchu trawsyrwyr NPN a PNP a elwir yn drawsnewidwyr cyffordd ddeubegynol neu BJTs. Mae'r ganolfan, neu'r sylfaen, rhanbarth BJT yn caniatáu i'r transistor weithredu fel switsh neu fwyhadur.
Er y gall trawsyrwyr NPN a PNP edrych fel dau ddiod yn cael eu gosod yn ôl i gefn, a fyddai'n rhwystro'r holl gyfredol rhag llifo yn y naill gyfeiriad neu'r llall. Pan fydd haen y ganolfan yn rhagfarnu ymlaen llaw fel bod cyflenwad bach yn llifo trwy haen y ganolfan, mae priodweddau'r diodo a ffurfiwyd gyda haen y ganolfan yn newid er mwyn caniatáu llif cyfredol llawer mwy ar draws y ddyfais gyfan. Mae'r ymddygiad hwn yn rhoi'r gallu i drawsyddydd ehangu cerrynt bach a gweithredu fel switsh yn troi ffynhonnell gyfredol ar neu i ffwrdd.
Gellir gwneud amrywiaeth o fathau o drawsnewidyddion a dyfeisiau lled-ddargludyddion eraill trwy gyfuno cyffyrddau PN mewn sawl ffordd, o drawsyddyddion swyddogaeth uwch, i ddiodydd rheoledig. Dim ond ychydig o'r elfennau a wneir o gyfuniadau gofalus o gyffyrddau PN yw'r canlynol.
- DIAC
- Diode Laser
- Diodelau allyrru ysgafn (LED)
- Zedi diode
- Transistor Darlington
- Transistor effaith maes, gan gynnwys MOSFET
- Transistor IGBT
- Cywyddydd rheoli Silicon (SCR)
- Cylched integredig (IC)
- Microprocessor
- Cof Digidol - RAM a ROM
Synwyryddion
Yn ychwanegol at y rheolaeth bresennol y mae lled-ddargludyddion yn ei ganiatáu, mae ganddynt hefyd eiddo sy'n gwneud synwyryddion effeithiol. Gellir eu gwneud i fod yn sensitif i newidiadau mewn tymheredd, pwysau a golau. Newid mewn gwrthiant yw'r math mwyaf cyffredin o ymateb i synhwyrydd lled-ddargludol. Rhestrir rhai o'r mathau o synwyryddion sy'n bosibl gan eiddo lled-ddargludyddion isod.
- Synhwyrydd effaith y Neuadd (synhwyrydd maes magnetig)
- Thermistor (synhwyrydd tymheredd gwrthsefyll)
- CCD / CMOS (synhwyrydd delwedd)
- Photodiode (synhwyrydd ysgafn)
- Ffotograffyddydd (synhwyrydd ysgafn)
- Piezoresistive (synwyryddion pwysedd / straen)