Ժամանակակից տեխնոլոգիան հնարավոր է դարձել կիսահաղորդիչներ կոչվող նյութերի դասի շնորհիվ: Բոլոր ակտիվ բաղադրիչները, ինտեգրալ սխեմաները, միկրոչիպերը, տրանզիստորները և շատ սենսորներ կառուցված են կիսահաղորդչային նյութերով:
Չնայած սիլիցիումը էլեկտրոնիկայի մեջ ամենալայն օգտագործվող կիսահաղորդչային նյութն է, օգտագործվում են մի շարք կիսահաղորդիչներ, այդ թվում՝ գերմանիում, գալիումի արսենիդ, սիլիցիումի կարբիդ և օրգանական կիսահաղորդիչներ: Յուրաքանչյուր նյութ ունի առավելություններ, ինչպիսիք են ծախսերի և կատարողականի հարաբերակցությունը, բարձր արագության գործարկումը, բարձր ջերմաստիճանի հանդուրժողականությունը կամ ազդանշանին ցանկալի արձագանքը:
Կիսահաղորդիչներ
Կիսահաղորդիչները օգտակար են, քանի որ ինժեներները վերահսկում են էլեկտրական հատկությունները և վարքագիծը արտադրության գործընթացում: Կիսահաղորդիչների հատկությունները վերահսկվում են կիսահաղորդիչում փոքր քանակությամբ կեղտեր ավելացնելով դոպինգ կոչվող գործընթացի միջոցով: Տարբեր կեղտեր և կոնցենտրացիաներ առաջացնում են տարբեր ազդեցություններ: Դոպինգը վերահսկելով՝ կարելի է վերահսկել կիսահաղորդչի միջով էլեկտրական հոսանքի շարժը։
Տիպիկ հաղորդիչում, ինչպես պղնձը, էլեկտրոնները կրում են հոսանքը և հանդես են գալիս որպես լիցքակիր: Կիսահաղորդիչներում և՛ էլեկտրոնները, և՛ անցքերը (էլեկտրոնի բացակայությունը) գործում են որպես լիցքակիրներ։ Կիսահաղորդչի դոպինգը վերահսկելով՝ հաղորդունակությունը և լիցքի կրիչը ձևավորվում են այնպես, որ լինեն էլեկտրոնների կամ անցքերի վրա հիմնված:
Կա երկու տեսակի դոպինգ.
- N տիպի դոպանտները, սովորաբար ֆոսֆորը կամ մկնդեղը, ունեն հինգ էլեկտրոն, որոնք, երբ ավելացվում են կիսահաղորդչին, ապահովում են լրացուցիչ ազատ էլեկտրոն: Քանի որ էլեկտրոններն ունեն բացասական լիցք, այս ձևով լիցքավորված նյութը կոչվում է N-տիպ:
- P տիպի դոպանտները, ինչպիսիք են բորը և գալիումը, ունեն երեք էլեկտրոն, ինչը հանգեցնում է կիսահաղորդչային բյուրեղում էլեկտրոնի բացակայությանը: Սա ստեղծում է անցք կամ դրական լիցք, հետևաբար կոչվում է P-type:
Եվ N-տիպի, և P- տիպի դոպանտները, նույնիսկ փոքր քանակությամբ, կիսահաղորդիչը դարձնում են պատշաճ հաղորդիչ: Այնուամենայնիվ, N- և P- տիպի կիսահաղորդիչները հատուկ չեն և միայն պարկեշտ հաղորդիչներ են: Երբ այս տեսակները շփվում են միմյանց հետ, ձևավորելով P-N հանգույց, կիսահաղորդիչը ստանում է տարբեր և օգտակար վարքագիծ:
P-N միացման դիոդ
P-N հանգույցը, ի տարբերություն յուրաքանչյուր նյութի առանձին, չի գործում որպես հաղորդիչ: Փոխանակ թույլ տալով, որ հոսանքը հոսի երկու ուղղությամբ, P-N հանգույցը թույլ է տալիս հոսել միայն մեկ ուղղությամբ՝ ստեղծելով հիմնական դիոդ:
P-N հանգույցի վրա լարման կիրառումը առաջի ուղղությամբ (առաջ շեղում) օգնում է N-տիպի տարածաշրջանի էլեկտրոններին միավորվել P-տիպի շրջանի անցքերի հետ:Դիոդի միջով հոսանքի (հակադարձ կողմնակալություն) շրջելու փորձը ստիպում է էլեկտրոններն ու անցքերը միմյանցից բաժանել, ինչը թույլ չի տալիս հոսանքը հոսել հանգույցով: P-N միացումները այլ եղանակներով համատեղելը դռները բացում է կիսահաղորդչային այլ բաղադրիչների համար, ինչպիսին է տրանզիստորը:
Տրանզիստորներ
Հիմնական տրանզիստորը պատրաստված է երեք N և P տիպի նյութերի միացումից, այլ ոչ թե դիոդում օգտագործվող երկուսի միացումից: Այս նյութերի համադրումից ստացվում են NPN և PNP տրանզիստորներ, որոնք հայտնի են որպես երկբևեռ հանգույցի տրանզիստորներ (BJT): Կենտրոնը կամ բազան BJT շրջանը թույլ է տալիս տրանզիստորին գործել որպես անջատիչ կամ ուժեղացուցիչ:
NPN և PNP տրանզիստորները նման են երկու դիոդների, որոնք տեղադրված են իրար հետևից, որոնք արգելափակում են բոլոր հոսանքները երկու ուղղությամբ: Երբ կենտրոնական շերտը դեպի առաջ կողմնակալ է այնպես, որ փոքր հոսանք հոսում է կենտրոնական շերտի միջով, կենտրոնական շերտով ձևավորված դիոդի հատկությունները փոխվում են՝ թույլ տալով ավելի մեծ հոսանք հոսել ամբողջ սարքի միջով:Այս վարքագիծը տրանզիստորին հնարավորություն է տալիս ուժեղացնել փոքր հոսանքները և հանդես գալ որպես անջատիչ, որը միացնում կամ անջատում է հոսանքի աղբյուրը:
Բազմաթիվ տեսակի տրանզիստորներ և այլ կիսահաղորդչային սարքեր առաջանում են մի քանի ձևով P-N միացումների համատեղումից՝ առաջադեմ, հատուկ ֆունկցիայի տրանզիստորներից մինչև կառավարվող դիոդներ: Ստորև բերված են մի քանի բաղադրիչներ, որոնք պատրաստված են P-N հանգույցների մանրակրկիտ համակցություններից.
- DIAC
- Լազերային դիոդ
- Լուսարձակող դիոդ (LED)
- Զեներ դիոդ
- Darlington տրանզիստոր
- Դաշտային ազդեցության տրանզիստոր (ներառյալ MOSFET)
- IGBT տրանզիստոր
- Սիլիկոնային կառավարվող ուղղիչ
- Ինտեգրված միացում
- Միկրոպրոցեսոր
- Թվային հիշողություն (RAM և ROM)
Սենսորներ
Ի լրումն ընթացիկ հսկողության, որը թույլ են տալիս կիսահաղորդիչները, կիսահաղորդիչներն ունեն նաև արդյունավետ սենսորներ ստեղծելու հատկություններ:Դրանք կարող են պատրաստվել այնպես, որ զգայուն լինեն ջերմաստիճանի, ճնշման և լույսի փոփոխություններին: Դիմադրության փոփոխությունը կիսահաղորդչային սենսորի արձագանքման ամենատարածված տեսակն է:
Սենսորների տեսակները, որոնք հնարավոր են դարձել կիսահաղորդչային հատկությունների շնորհիվ, ներառում են՝
- Հոլի էֆեկտի սենսոր (մագնիսական դաշտի ցուցիչ)
- Թերմիստոր (դիմադրողական ջերմաստիճանի ցուցիչ)
- CCD/CMOS (պատկերի ցուցիչ)
- Ֆոտոդիոդ (լույսի սենսոր)
- Ֆոտորեզիստոր (լույսի սենսոր)
- Piezoresistive (ճնշման/լարվածության սենսորներ)
