วิธีการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์: ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับเซมิคอนดักเตอร์

เทคโนโลยีสมัยใหม่เกิดขึ้นได้จากชั้นวัสดุที่เรียกว่าเซมิคอนดักเตอร์ ส่วนประกอบทั้งหมดที่ใช้งานวงจรรวมไมโครชิปทรานซิสเตอร์และเซนเซอร์หลายตัวถูกสร้างขึ้นด้วยวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ ในขณะที่ซิลิคอนเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งใช้ในอุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ใช้สารกึ่งตัวนำรวมถึงเจอร์เมเนียมแกลเลียมอาร์ไครด์ซิลิคอนคาร์ไบด์และเซมิคอนดักเตอร์อินทรีย์ วัสดุแต่ละชิ้นนำข้อดีบางอย่างไปใช้กับตารางเช่นอัตราส่วนต้นทุน / ประสิทธิภาพการทำงานความเร็วสูงอุณหภูมิสูงหรือการตอบสนองต่อสัญญาณ

อุปกรณ์กึ่งตัวนำ

สิ่งที่ทำให้เซมิคอนดักเตอร์มีประโยชน์คือความสามารถในการควบคุมสมบัติทางไฟฟ้าและพฤติกรรมระหว่างการผลิตได้อย่างแม่นยำ คุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์จะถูกควบคุมโดยการเติมสิ่งสกปรกจำนวนน้อยลงในเซมิคอนดักเตอร์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่า doping โดยมีสิ่งเจือปนและความเข้มข้นต่างกัน โดยการควบคุมการยาสลบวิธีที่กระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่ผ่านเซมิคอนดักเตอร์สามารถควบคุมได้

ในตัวนำทั่วไปเช่นทองแดงอิเล็กตรอนจะมีกระแสไฟฟ้าและเป็นตัวส่งประจุไฟฟ้า ในเซมิคอนดักเตอร์ทั้งอิเล็กตรอนและ 'หลุม' การขาดอิเล็กตรอนทำหน้าที่เป็นตัวเก็บประจุ ด้วยการควบคุมการยาสลบของเซมิคอนดักเตอร์การนำไฟฟ้าและสายชาร์จสามารถปรับแต่งให้เป็นอิเล็กตรอนหรือรูได้

มีสองประเภทของการยาสลบ, N-type, และ P-type สารตั้งต้นชนิด N ซึ่งโดยปกติจะเป็นฟอสฟอรัสหรือสารหนูมีอิเล็กตรอน 5 ตัวซึ่งเมื่อเพิ่มสารกึ่งตัวนำให้อิเล็กตรอนอิสระเพิ่มขึ้น เนื่องจากอิเล็กตรอนมีประจุเป็นลบวัสดุที่เจือด้วยวิธีนี้เรียกว่า N-type สารเจือปนชนิด P เช่นโบรอนและแกลเลียมมีอิเล็กตรอนสามตัวเท่านั้นที่ทำให้อิเล็กตรอนในคริสตัลเซมิคอนดักเตอร์ไม่มีอิเล็กตรอนสร้างหลุมหรือประจุบวกได้จึงทำให้ชื่อ P- สารเจือปนทั้งชนิด N และ P แม้ในปริมาณน้อย ๆ จะทำให้เซมิคอนดักเตอร์เป็นตัวนำที่ดี อย่างไรก็ตาม N-type และ P-type ของเซมิคอนดักเตอร์ไม่ได้เป็นตัวที่มีความโดดเด่นเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตามเมื่อคุณวางพวกเขาในการติดต่อกับแต่ละอื่น ๆ สร้างชุมทาง P-N คุณจะได้รับบางอย่างที่แตกต่างกันมากและมีประโยชน์มากพฤติกรรม

ไดโอด Junction P-N

แยก P-N ซึ่งแตกต่างจากวัสดุแต่ละตัวต่างหากไม่ทำตัวเหมือนตัวนำ แทนที่จะปล่อยให้กระแสไหลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง P-N จะช่วยให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวสร้างไดโอดขั้นพื้นฐาน การใช้แรงดันไฟฟ้าระหว่างจุดเชื่อมต่อ P-N ในทิศทางไปข้างหน้า (ไปข้างหน้าอคติ) ช่วยให้อิเล็กตรอนในภูมิภาค N- ชนิดรวมกับหลุมในภูมิภาค P-type ความพยายามที่จะย้อนกลับการไหลของกระแส (อคติย้อน) ผ่านไดโอดบังคับอิเล็กตรอนและหลุมออกจากกันซึ่งป้องกันไม่ให้กระแสไหลผ่านทางแยก การรวมจุดเชื่อมต่อ P-N เข้าด้วยวิธีอื่น ๆ จะเปิดประตูไปยังส่วนประกอบของเซมิคอนดักเตอร์อื่น ๆ เช่นทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์พื้นฐานทำจากการรวมกันของสามประเภท N-type และ P-type แทนที่จะใช้ในไดโอด การรวมวัสดุเหล่านี้ทำให้ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP เป็นที่รู้จักกันว่าเป็นทรานซิสเตอร์ขั้วสองขั้วหรือ BJTs ศูนย์หรือฐาน BJT ช่วยให้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิทช์หรือเครื่องขยายเสียง

ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP อาจมีลักษณะเป็นไดโอดสองตัวที่วางอยู่ด้านหลังซึ่งจะป้องกันไม่ให้กระแสไฟไหลไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง เมื่อชั้นกลางมีลำเอียงไปข้างหน้าเพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านชั้นกลางคุณสมบัติของไดโอดที่เกิดขึ้นกับชั้นกลางจะเปลี่ยนไปเพื่อให้กระแสไฟฟ้ามีขนาดใหญ่มากขึ้นทั่วทั้งอุปกรณ์ ลักษณะการทำงานนี้ทำให้ทรานซิสเตอร์มีความสามารถในการขยายกระแสขนาดเล็กและทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิดหรือปิดแหล่งกระแสไฟฟ้า

ทรานซิสเตอร์และอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ชนิดต่างๆสามารถทำได้โดยการรวมจุดเชื่อมต่อ P-N ไว้หลายวิธีตั้งแต่ทรานซิสเตอร์พิเศษขั้นสูงไปจนถึงไดโอดที่มีการควบคุม ต่อไปนี้เป็นเพียงไม่กี่ชิ้นส่วนที่ทำจากการผสมผสานของ P-N junctions ที่ระมัดระวัง

• DIAC
• เลเซอร์ไดโอด
• ไดโอดเปล่งแสง (LED)
• ไดโอด Zener
• ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน
• ทรานซิสเตอร์แบบ Field-effect รวมถึง MOSFET
• ทรานซิสเตอร์ IGBT
• ตัวควบคุมแบบซิลิคอน (SCR)
• วงจรรวม
• ไมโครโปรเซสเซอร์
• หน่วยความจำดิจิตอล - แรมและรอม

เซนเซอร์

นอกเหนือจากการควบคุมในปัจจุบันที่เซมิคอนดักเตอร์อนุญาตแล้วพวกเขายังมีคุณสมบัติที่ทำให้เซ็นเซอร์มีประสิทธิภาพ พวกเขาสามารถทำให้มีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิความดันและแสง การเปลี่ยนแปลงความต้านทานเป็นประเภทที่พบบ่อยที่สุดสำหรับการตอบสนองของเซนเซอร์กึ่งตัวนำ เซนเซอร์ชนิดหนึ่งที่สามารถทำได้โดยคุณสมบัติของเซมิคอนดักเตอร์จะแสดงอยู่ด้านล่าง

• เซ็นเซอร์ผล Hall (เซ็นเซอร์สนามแม่เหล็ก)
• Thermistor (เซ็นเซอร์วัดความต้านทาน)
• CCD / CMOS (เซ็นเซอร์ภาพ)
• Photodiode (เซ็นเซอร์แสง)
• Photoresistor (เซ็นเซอร์แสง)
• เครื่องวัดความดัน / ความเครียด (Piezoresistive)