Применение полупроводниковых приборов: Применение полупроводниковых приборов (Реферат) — TopRef.ru

Содержание

Применение полупроводниковых приборов (Реферат) — TopRef.ru

Министерство Науки и Образования

Украины

Реферат на тему:

Применение полупроводниковых приборов

Выполнил:

ученик 10-В класса

Средней Общеобразовательной

Школы №94

Гладков Евгений

Проверила:

Иванова

Ольга Петровна

г. Харьков, 2004.

Полупроводниковые приборы – различные по конструкции, технологии изготовления и функциональному назначению электронные приборы, основанные на использовании свойств полупроводников. К полупроводниковым приборам относят также полупроводниковые микросхемы, которые представляют собой монолитные законченные функциональные узлы (усилитель, триггер, набор элементов), все компоненты которых изготавливаются в едином технологическом процессе.

Полупроводники – вещества, электронная проводимость которых имеет промежуточное значение между проводимостью проводников и диэлектриков. К полупроводникам относится обширная группа естественных и синтетических веществ различной химической природы, твердых и жидких, с разными механизмами проводимости. Наиболее перспективными полупроводниками в современной технике являются так называемые электронные полупроводники, проводимость которых обусловлена движением электронов. Однако в отличие от металлических проводников концентрация свободных электронов в полупроводниках очень мала и возрастает с повышением температуры, чем объясняется их пониженная проводимость и специфическая зависимость от удельного сопротивления и температуры: если у металлических проводников при нагревании электрическое сопротивление повышается, то у полупроводников оно понижается. Увеличение концентрации свободных электронов с повышением температуры объясняется тем, что с увеличением интенсивности тепловых колебаний атомов полупроводников все большее количество электронов срывается с внешних оболочек этих атомов и получает возможность перемещаться по объему полупроводника.

В переносе электричества через полупроводники, помимо свободных электронов могут принимать участие места, освободившиеся от перешедших в свободное состояние электронов – так называемые дырки.

Поэтому и свободные электроны и дырки называют носителями электрического заряда, причём дырке приписывают положительный заряд, равный заряду электрона. В идеальном полупроводнике образование свободных электронов и дырок происходит одновременно, парами, а потому концентрации электронов и дырок одинаковы. Введение же в полупроводник определенных примесей способно привести к увеличению концентрации носителей одного знака и сильно повысить проводимость. Это происходит при условии, что на внешней оболочке атомов примеси находится на один электрон больше (донорные примеси) или на один электрон меньше (акцепторные примеси), чем у атомов исходного полупроводника. В первом случае примесные атомы (доноры) легко отдают лишний электрон, а во втором (акцепторы)– забирают недостающий электрон от атомов полупроводника, создавая дырку.

Для наиболее распространённых полупроводников (кремния и германия), являющихся четырёхвалентными химическими элементами, донорами служат пятивалентные вещества (фосфор, мышьяк, сурьма), а акцепторами – трехвалентные (бор, алюминий, индий). В зависимости от преобладающего типа носителей примесные полупроводники делят на полупроводники электронного (п-типа) и дырочного (р-типа).

Зависимость электропроводимости полупроводника от различных внешних воздействий служит основой разнообразных технических приборов. Так, уменьшение сопротивления используется в термисторах, уменьшение сопротивления при освещении– в фоторезисторах. Появление ЭДС при прохождении тока через полупроводник, помещённый в магнитное поле (эффект Холла) применяется для измерения магнитных полей, мощности и т.д. Особенно ценными свойствами обладают неоднородные полупроводники (с изменяющейся от одной части объёма к другой проводимостью), а также контакты разных полупроводников между собой и полупроводников с металлами.

Возникающие в таких системах эффекты наиболее ярко проявляются у электронно-дырочных переходов (р-п-переходом). Использование р-п-переходов лежит в основе действия многих полупроводниковых приборов: транзистора, полупроводникового диода, полупроводникового фотоэлемента, термоэлектрического генератора, солнечной батареи.

60-е – 70-е годы составляют эпоху полупроводниковой техники и собственно электроники. Электроника внедряется во все отрасли науки, техники и народного хозяйства. Являясь комплексом наук, электроника тесно связана с радиофизикой, радиолокацией, радионавигацией, радиоастрономией, радиометеорологией, радиоспектроскопией, электронной вычислительной и управляющей техникой, радиоуправлением на расстоянии, телеизмерениями, квантовой радиоэлектроникой.

В этот период продолжалось дальнейшее усовершенствование электровакуумных приборов. Большое внимание уделяется повышению их прочности, надёжности, долговечности. Разрабатывались пальчиковые и сверхминиатюрные лампы, что давало возможность снизить габариты установок, насчитывающих большое количество радиоламп.

Продолжались интенсивные работы в области физики твёрдого тела и теории полупроводников, разрабатывались способы получения монокристаллов полупроводников, методы их очистки и введения примесей. Большой вклад в развитие физики полупроводников внесла советская школа академика А.Ф.Иоффе.

Полупроводниковые приборы быстро и широко распространились за 50-е-70-е годы во все области народного хозяйства. В 1926 г. был предложен полупроводниковый выпрямитель переменного тока из закиси меди. Позднее появились выпрямители из селена и сернистой меди. Бурное развитие радиотехники (особенно радиолокации) в период второй мировой войны дало новый толчок к исследованиям в области полупроводников. Были разработаны точечные выпрямители переменных токов СВЧ на основе кремния и германия, а позднее появились плоскостные германиевые диоды. В 1948 г. американские учёные Бардин и Браттейн создали германиевый точечный триод (транзистор), пригодный для усиления и генерирования электрических колебаний.

Позднее был разработан кремниевый точечный триод. В начале 70-х годов точечные транзисторы практически не применялись, а основным типом транзистора являлся плоскостной, впервые изготовленный в 1951 г. К концу 1952 г. были предложены плоскостной высокочастотный тетрод, полевой транзистор и другие типы полупроводниковых приборов. В 1953 г. был разработан дрейфовый транзистор. В эти годы широко разрабатывались и исследовались новые технологические процессы обработки полупроводниковых материалов, способы изготовления p-n- переходов и самих полупроводниковых приборов. В начале 70-х годов, кроме плоскостных и дрейфовых германиевых и кремниевых транзисторов, находили широкое распространение и другие приборы, использующие свойства полупроводниковых материалов: туннельные диоды, управляемые и неуправляемые четырёхслойные переключающие приборы, фотодиоды и фототранзисторы, варикапы, терморезисторы и т.д.

Развитие и совершенствование полупроводниковых приборов характеризуется повышением рабочих частот и увеличением допустимой мощности.

Первые транзисторы обладали ограниченными возможностями (предельные рабочие частоты порядка сотни килогерц и мощности рассеяния порядка 100 — 200 МВт) и могли выполнять лишь некоторые функции электронных ламп. Для того же диапазона частот были созданы транзисторы с мощностью в десятки ватт. Позднее были созданы транзисторы, способные работать на частотах до 5 МГц и рассеивать мощность порядка 5 Вт, а уже в 1972 г. были созданы образцы транзисторов на рабочие частоты 20 — 70 МГц с мощностями рассеивания, достигающими 100 Вт и более. Маломощные же транзисторы (до 0,5 — 0,7 Вт) могут работать на частотах свыше 500 МГц. Позже появились транзисторы, работающие на частотах порядка 1000 МГц. Одновременно велись работы по расширению диапазона рабочих температур. Транзисторы, изготовленные на основе германия, имели первоначально рабочие температуры не выше +55  70 С, а на основе кремния — не выше +100  120 С. Созданные позже образцы транзисторов на арсениде галлия оказались работоспособными при температурах до +250 С, и их рабочие частоты в итоге увеличились до 1000 МГц.
Есть транзисторы на карбиде, работающие при температурах до 350 С. Транзисторы и полупроводниковые диоды по многим показателям в 70-е годы превосходили электронные лампы и в итоге полностью вытеснили их из областей электроники. В интегральной электронике МДП-структуры широко используются для создания транзисторов и на их основе различных интегральных микросхем.

Перед проектировщиками сложных электронных систем, насчитывающих десятки тысяч активных и пассивных компонентов, стоят задачи уменьшения габаритов, веса, потребляемой мощности и стоимости электронных устройств, улучшения их рабочих характеристик и, что самое главное, достижения высокой надёжности работы. Эти задачи успешно решает микроэлектроника — направление электроники, охватывающее широкий комплекс проблем и методов, связанных с проектированием и изготовлением электронной аппаратуры в микроминиатюрном исполнении за счёт полного или частичного исключения дискретных компонентов.

Презентация применение приборов в электронике.

Полупроводниковые приборы и их применение. Опорные кремниевые диоды

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

учитель физики: Абрамова Тамара Ивановна МБОУ « Бутурлиновская СОШ» 2016г.

Что такое полупроводник? Откуда взялись электроны и дырки? Что получится при добавлении мышьяка в германий? Полупроводники идут на контакт. Одностороняя проводимость – не только на дорогах. Диоды, транзисторы, светодиоды, фотоэлементы – где с ними встречаемся? Сегодня на уроке.

ПОЛУПРОВОДНИКИ ρ металлов ‹ ρ полупров. ‹ ρ диэл. ρ₁ — У С металлов Ρ ₂ — УС полупроводников Ρ ₃ — УС диэлектриков

Строение полупроводников К полупроводникам относятся химические элементы германий, кремний, селен, мышьяк, индий, фосфор,… и их соединения. В земной коре этих соединений достигает 80%. При низких температурах и в отсутствии освещенности чистые п/п не проводят электрического тока, т. к. в них нет свободных зарядов. Кремний и германий имеют на внешней электронной оболочке по 4 (валентных) электрона. В кристалле каждый из этих электронов принадлежит двум соседним атомам, образуя, т. н. ковалентную связь. Эти электроны участвуют в тепловом движении, но остаются на своих местах в кристалле. С е Р а С е л е н Кремний

Собственная проводимость полупроводников П р и н а г р е в а н и и П р и о с в е щ е н и и N эл. = N дыр.

полупроводник фольга корпус изолятор вывод

Искусственные спутники Земли, космические корабли, электронно – вычислительная техника, радиотехника, автоматизированные системы счета, сортировки, проверки качества, … Применение Фотореле, аварийные Выключатели.

примесная проводимость полупроводников N электронов > N дырок Проводимость – электронная (донорная). Полупроводник – n- типа. N дырок > N электронов. Проводимость –дырочная (акцепторная). Полупроводник – p -типа.

Электронно – дырочный переход R зап. слоя велико! R з. с. уменьшилось. R з.с. увеличилось. d= 10 ¯⁵ c м

Свойство контакта полупроводников с разным типом проводимости n – p переход Х а р а к т е р и с т и к а Основное свойство n – p перехода — Односторонняя проводимость В о л ь т а м п е р н а я Прямой переход. Обратный переход

Германий -катод Индий – анод Полупроводниковый диод Главное свойство – односторонняя проводимость. Используется для выпрямления слабых токов в радиоприемниках, телевизорах, и сильных токов в ЭД трамваев, электровозов.

Принцип работы полупроводникового устройства Основные носители зарядов Неосновные носители зарядов Виды диодов – плоскостные и точечные. Достоинства: Малые размеры и масса, высокий к.п.д., прочны.

транзисторы Применяются в качестве усилителей в радиотехнике, в электротехнике.

Полупроводниковые приборы

Фотоэлементы и термоэлементы

Применение фотоэлементов

Светодиоды полупроводниковые Светодиоды – приборы, преобразующие электрическую энергию в световую. Излучают кванты света под действием приложенного напряжения.

Полупроводниковые термоэлементы Преобразуют внутреннюю энергию в электрическую.

1.Какими носителями электрического заряда создается ток в металлах и в чистых полупроводниках? А. И в металлах, и в полупроводниках только электронами. Б. В металлах только электронами, в полупроводниках только « дырками». В. В металлах только электронами, в полупроводниках электронами и «дырками». Г.В металлах и полупроводниках ионами. 2. Какой тип проводимости преобладает в полупроводниках с примесями? А. Электронная. Б. Дырочная. В. В равной степени электронная и дырочная. Г. Ионная. 3. Как зависит сопротивление от температуры в металлах и в полупроводниках? А.В металлах увеличивается, а в полупроводниках уменьшается с ростом температуры. Б. В металлах уменьшается, а в полупроводниках увеличивается с ростом температуры. В. В металлах не изменяется, а в полупроводниках уменьшается с изменением температуры. Г. В металлах увеличивается с изменением температуры, а в полупроводниках не изменяется. 4. Применяется ли закон Ома для тока в полупроводниках и в металлах? А. Для тока в полупроводниках применяется, а для тока в металлах нет. Б. Для тока в металлах применяется, а для тока в полупроводниках нет. В. Применяется и для тока в металлах, и для тока в полупроводниках. Г. Не применяется ни в каком случае. Задания для самоконтроля 1.В 2.А 3.А 4.Б.


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

При разработке урока по теме «Полупроводники. Примесный полупроводник. Собственная проводимость» были применены электронные образовательные ресурсы….

разработка урока по теме«Полупроводники.Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»…

презентация «Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»

презентация:»Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»…

Введение При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивно- технологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов ГОСТ был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ, а затем на отраслевой стандарт ОСТ и ОСТ соответственно в 1972, 1977, 1981 годах. При этой модификации основные элементы цифробуквенного кода системы условных обозначений сохранились. Эта система обозначений логически строена и позволяет наращивать по мере дальнейшего развития элементной базы. Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в следующих гостах: – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ОСТ и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов. В основу системы обозначений положен буквенно- цифровой код, который состоит из 5 элементов…

Первый элемент Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы, являющиеся начальными буквами в названии полупроводника или полупроводникового соединения. Для приборов специального применения вместо этих букв используются цифры. Исходный материал Условные обозначения Германий или его соединения Г или 1 Кремний или его соединения К или 2 Соединения галлия (например, арсенид галлия) А или 3 Соединения индия (например, фосфид индия) И или 4

Второй элемент- подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия Подкласс приборов Условные обозначения Подкласс приборов Условные обозначения Выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Д Стабилитроны С Транзисторы биполярные Т Выпрямительные столбы Ц Транзисторы полевые П Диоды Ганна Б Варикапы В Стабилизаторы тока К Тиристоры диодные Н Сверхвысокочастотные диоды А Тиристоры триодные У Излучающие ОЭ приборы Л Туннельные диоды И Оптопары О

Третий элемент. Третий элемент (цифра) в обозначении полупроводниковых приборов, определяет основные функциональные возможности прибора. У различных подклассов приборов наиболее характерные эксплутационные параметры (функциональные возможности) различны. Для транзисторов – это рабочая частота и рассеиваемая мощность, для выпрямительных диодов — максимальное значение прямого тока, для стабилитронов – напряжение стабилизации и рассеиваемая мощность, для тиристоров – значение тока в открытом состоянии.


Пятый элемент. Пятый элемент (буква) в буквенно-цифровом коде системы условных обозначений указывает разбраковку по отдельным параметрам приборов, изготовленных в единой технологии. Для обозначения используются заглавные буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Я, схожих по написанию с цифрами.

Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором первая цифра соответствует числу p-n переходов: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тетрод (тиристор). За цифрой следует буква N и серийный номер, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). За номером могут стоять одна или несколько букв, указывающих на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным параметрам или характеристикам. Однако цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния или область применения. В Европе используется система, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron. По этой системе приборы для бытовой аппаратуры широкого применения обозначаются двумя буквами и тремя цифрами. Так, у приборов широкого применения после двух букв стоит трехзначный порядковый номер от 100 до 999. У приборов, применяемых в промышленной и специальной аппаратуре, третий знак – буква (буквы используются в обратном алфавитном порядке: Z, Y, X и т.д.), за которой следует порядковый номер от 10 до 99.


Первый элемент. Первый элемент (буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Используются 4 латинские буквы A, B, C и D, в соответствии с видом полупроводника или полупроводникового соединения. Исходный материал Ширина запрещенной зоны, эВ Условные обозначения Германий0,6…1 А Кремний1…1,3 В Арсенид галлияболее 1,3 С Антимонид индияменее 1,6 D

Второй элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Третий элемент (цифра или буква) обозначает в буквенно- цифровом коде полупроводниковые приборы, предназначенные для аппаратуры общегражданского применения (цифра) или для аппаратуры специального применения (буква). В качестве буквы в последнем случае используются заглавные латинские буквы, расходуемые в обратном порядке Z, Y, X и т.п. Четвертый элемент (2 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 99. Например, ВТХ это кремниевый управляемый выпрямитель (тиристор) специального назначения с регистрационным номером 10 и напряжением 200 В.

Стандарт JIS-C-7012 Система стандартных обозначений, разработанная в Японии (стандарт JIS-C- 7012, принятый ассоциацией EIAJ-Electronic Industries Association of Japan) позволяет определить класс полупроводникового прибора (диод или транзистор), его назначение, тип проводимости полупроводника. Вид полупроводникового материала в японской системе не отражается. Условное обозначение полупроводниковых приборов по стандарту JIS-C-7012 состоит из пяти элементов. Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает тип полупроводникового прибора. Используются 3 цифры (0, 1, 2 и 3) в соответствии с типом прибора. Второй элемент. Второй элемент обозначается буквой S и указывает на то, что данный прибор является полупроводниковым. Буква S используется как начальная буква от слова Semiconductor. Третий элемент. Третий элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Ниже в таблице приведены буквы, используемые для обозначения подклассов Четвертый элемент. Четвертый элемент обозначает регистрационный номер технологической разработки и начинается с числа 11. Пятый элемент. Пятый элемент отражает модификацию разработки (А и В – первая и вторая модификация).

JEDEC Система обозначений JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), принята объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором: Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает число p-n переходов. Используются 4 цифры (1, 2, 3 и 4) в соответствии с типом прибора: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тиристор, 4 – оптопара. Второй элемент. Второй элемент состоит из буквы N и серийного номера, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). Цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния и область применения. Третий элемент. Третий элемент — одна или несколько букв, указывают на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным характеристикам. Фирма-изготовитель, приборы которой по своим параметрам подобны приборам, зарегестрированным EIA, может представлять свои приборы с обозначением, принятым по системе JEDEC. Пример: 2N2221A, 2N904.

Графические обозначения и стандарты В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ «Обозначения условные, графические в схемах. Приборы полупроводниковые».











Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параметрам относятся: напряжение (например, Uпр – постоянное прямое напряжение диода), ток (например, Iст, max – максимально допустимый ток в стабилизации стабилитрона, мощность (например, Pвых – выходная мощность биполярного транзистора), сопротивление (например, rдиф – дифференциальное сопротивление диода), емкость (например, Cк – емкость коллекторного перехода), время и частота (например, tвос, обр — время обратного восстановления тиристора, диода), температура (например, Tmax — максимальная температура окружающей среды). Число значений основных электрических параметров исчисляется сотнями, причем для каждого подкласса полупроводниковых приборов эти параметры будут различными. В справочных изданиях приводятся значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики полупроводниковых приборов. Ниже в качестве примера приведены эти данные для типичных представителей различных типов приборов.

Примеры обозначения некоторых транзисторов: КТ604А — кремниевый биполярный, средней мощности, низкочастотный, номер разработки 04, группа А 2Т920 — кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А 2ПС202А-2 — набор маломощных кремниевых полевых транзисторов средней частоты, номер разработки 02, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе. 2Д921А — кремниевый импульсный диод с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1нс, номер разработки 21, группа А 3И203Г — арсенидогаллиевый туннельный генераторный диод, номер разработки 3, группа Г АД103Б — арсенидогаллиевый излучающий диод инфракрасного диапазона, номер разработки 3, группа Б.

Основные ГОСТы: ГОСТ Приборы полупроводниковые. Термины и определения ОСТ, Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений. ГОСТ 2, Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ Приборы полупроводниковые. Основные размеры ГОСТ Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Приборы полупроводниковые инфракрасные излучающие. Основные размеры. ГОСТ Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборы Полупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Омм) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.Полупроводниковые материалы



Полупроводниковые диоды Это полупроводниковый прибор с одним p-n- переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n — перехода. Основным свойством p-n – перехода является односторонняя проводимость – ток протекает только в одну сторону. Условно — графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n- перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p- области – анод, от n- области – катод. Т. е. диод – это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении – от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт — амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).

Транзисторы Транзистор — это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток — действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor — управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

Классификация транзисторов: — по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. — по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. — по значению предельной частоты: низко -, средне -, высоко — и сверхвысокочастотные. — по значению рабочего напряжения: низко — и высоковольтные. — по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. — по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим — используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения — говорят транзистор « приоткрывается » или « под закрывается ». 2) Режим насыщения — сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки — транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т. е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

Индикатор Электр ó нный индик á тор это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т. д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой. электронное показывающее устройство механический индикатор

Интегральные датчики температуры на БТ 2 Большинство полупроводниковых датчиков температуры используют соотношение между напряжением база-эмиттер и током коллектора. Базовая схема измерения температуры Схемы ячеек датчиков температуры Ячейка Брокау Ячейка токового датчика температуры

Интегральные датчики температуры на БТ 3 Датчики температуры с токовым выходом TO-92Корпус от -25 до 105T A,°C 0,298I CC,мА от 4 до 30V CC,В Различные схемы включения токовых ДТ для определения: а среднего значения температуры в трех точках пространства, б точки с минимальной температурой из трех контролируемых, в разности температур в двух точках

Интегральные датчики температуры на БТ 4 Датчики температуры с выходом по напряжению Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С AD AD Vcc, В Чувствительность, мВ/ С 10 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,12 LM45 LM135/235/335 Vcc, В2, Чувствительность, мВ/ К 10 Рабочий диапазон температур, С LM LM LM Простейшие схемы применения для измерения: а – минимальной из трех температур, б – среднего значения температуры для трех точек, в – разности температур Типовые схемы включения: а – без калибровки, б – с калибровкой

Интегральные датчики температуры на БТ 5 Схемы простого термостата Логометрический ДТ: а – структурная схема, б – схема преобразования температуры в код, не зависящий от напряжения питания Логометрические ДТ Системы измерения называются логометрическими, если конечный результат преобразования не зависит от температуры. Выходной сигнал логометрических датчиков зависит от напряжения питания. Vcc, В2,7…3,6 Чувствительность, мВ/ С 28 Рабочий диапазон температур, С Icc, мА0,5 КорпусSOIC-8, TO92 Удобно сопрягать датчик с 12-разрядным АЦП AD7896, который использует питающее напряжение в качестве опорного

Датчики температуры с цифровым выходом 6 Микросхемы MAX6576/MAX6577 это дешёвые, слаботочные температурные датчики с однопроводным выходом. Микросхема MAX6576 преобразует окружающую температуру в меандр с периодом пропорциональным абсолютной температуре (°K). Микросхема MAX6577 преобразует окружающую температуру в меандр с частотой пропорциональной абсолютной температуре. Микросхема MAX6576 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±4.5°C при +85°C и ±5°C при +125°C. Микросхема MAX6577 обеспечивает точность ±3°C при +25°C, ±3.5°C при +85°C и ±4.5°C при +125°C. Наименование Интерфейс Точность (±°C) Диапазон питающего напряжения (В)Рабочий диапазон (°C)Корпус MAX6576 MAX6577 период — темп. частота — темп. 3 от 2.7 до 5.5 от –40 до /SOT2 3 Оба устройства отличаются однопроводным выходом, который минимизирует число выводов, необходимых для взаимодействия с микропроцессором. Диапазон периода/частоты выходного меандра может быть выбран подключением двух выводов выбора времени (TS0, TS1) к VDD (питание) или GND (общий). Микросхемы MAX6576/MAX6577 выпускаются в компактных 6-контактных SOT23 корпусах.

Датчики температуры с ШИМ 7 TMP03/TMP04 — полупроводниковая ИС, длительность прямоугольного сигнала на выходе которой прямо пропорциональна ее температуре. Встроенный преобразователь температуры вырабатывает прямопропорциональное температуре напряжение, которое сравнивается с опорным напряжением, и результат сравнения подается на цифровой модулятор. Масштабный формат кодирования выходного последовательного цифрового сигнала позволяет избежать ошибок, возникающих в других устройствах ввиду нестабильности частоты синхросигнала. Приборы имеют типовую погрешность измерения ±1.5°C в диапазоне от -25°C до +100°C и превосходную линейность характеристики преобразования. Цифровой выход TMP04 является ТТЛ/КМОП совместимым, что позволяет подключать его к большинству микроконтроллеров напрямую. Выход с открытым коллектором прибора TMP03 имеет максимальный втекающий ток 5 мА. TMP03 и TMP04 имеют рабочий диапазон напряжения питания от 4.5 до 7 В. Работая от 5 В источника питания при ненагруженном выходе приборы потребляют менее 1.3 мА. TMP03/TMP04 определены для работы в температурном диапазоне от -40°C до +100°C и выпускаются в ТО-92, SO-8 и TSSOP-8 корпусах. С пониженной точностью приборы способны измерять температуру до 150°C. Формат выходного сигнала ДТ

Датчики температуры с последовательным цифровым интерфейсом 8 Эта микросхема помимо температурного датчика на основе биполярного транзистора включает также сигма- дельта АЦП, интерфейс которого совместим с интерфейсами SPI и MICROWIRE. Тринадцатиразрядный АЦП обес­печивает разрешение °С в диапазоне температур от -55 до +150°С. Датчик допускает перевод в режим молчания с пониженным энергопотреблением (shutdown mode), при котором потребляемый ток уменьшается до 10 мкА. Датчик изготавливается в корпусе SO-8 и в миниатюрном 5-выводном micro SMD-кopпyсe. Датчики температуры AD7816/17/18 Датчики температуры DS18B20

Температурные компараторы 9 Прибор имеет выход с открытым коллектором, который переключается при достижении температурой заданного пользователем значения. ADT05 имеет гистерезис, равный приблизительно 4°С, что обеспечивает быстрый цикл включения/выключения. ADT05 разработан для работы с однополярным напряжением питания от + 2,7 до +7,0 В, что облегчает их применение как в батарейных устройствах, так и в индустриальных контрольных системах. Номинал резистора, задающего температуру срабатывания, определяется выражением: R SET = 39 МОМ°С/(T SET (°C) + 281,6°C) — 90,3 к Ом. ТМР01 – двухканальный контролер, который также вырабатывает выходное напряжение, пропорциональное абсолютной температуре (выход 5). Помимо этого он вырабатывает сигналы управления на одном или обоих выходах, когда температура оказывается за пределами заданного температурного диапазона. Верхняя и нижняя границы диапазона и гистерезис компараторов каждого из этих каналов задаются внешними сопротивлениями.

Применение полупроводников в электронике

Начало кремниевого века

В далеком 1947 году, в недрах лабораторий телефонной компании Bell «родился» первый в мире транзистор – полупроводниковый усилительный элемент. Событие ознаменовало собой переход электроники из громоздких вакуумных труб на более компактные и экономичные полупроводники. Начался новый виток цивилизации, получивший название «кремниевый век».

Полупроводниковые приборы и их классификация.

В современной электронике на основе полупроводников производят активные элементы. То есть те, которые способны менять свои электрические характеристики в зависимости от подаваемого на них напряжения. Скажем, тот же транзистор является активным элементом, поскольку его значение внутреннего сопротивления будет меняться в зависимости от разных условий в электронной цепи. А вот, например обычный резистор относиться к категории пассивных элементов, так как его сопротивление будет всегда одинаковым. К пассивным электронным компонентам относятся также конденсаторы и катушки. Их создают из других материалов.

Фундаментальными активными элементами являются транзисторы и диоды. Другие полупроводниковые приборы, такие как варикапы, тиристоры и симисторы — это модификации и тех же транзисторов и диодов. Приборы с одним элементом называются дискретными. Соединив множество полупроводниковых элементов на одном кристалле, получают интегральную схему. Например, процессор и память компьютера являются интегральными схемами, состоящими из сотен миллионов транзисторов.

Германий VS Кремний

Самыми распространенными полупроводниками в производстве электронных компонентов являются германий (Ge) и кремний (Si). На заре полупроводниковой эпохи предпочитали использовать германий. По сравнению с кремнием, у него более низкое напряжение отпирания pn-перехода (0. 1V — 0.3V против 0.6V — 0.7V). Это делает германий более экономичным в плане энергозатрат.

Кремний лучше сохраняет стабильность работы на высоких температурах и превосходит германий по частотным характеристикам. К тому же запасы Si на планете практически безграничны, а технология его получения и очистки значительно дешевле, чем Ge, довольно редкого в природе элемента. Все это привело к неизбежной и быстрой замене германиевых полупроводников на кремниевые. Первый транзистор на основе этого материала появился уже в 1954 году.

Полупроводники в процессорах. Закат эпохи кремния

В таких передовых областях, как разработка и производство процессоров, где размер и скорость полупроводниковых элементов играют решающую роль, развитие технологий использования кремния практически подошло к пределу своих возможностей. Улучшение производительности интегральных схем, достигающееся путем наращивания рабочей тактовой частоты и увеличения количества транзисторов, при дальнейшем использовании Si становиться все более сложной и дорогостоящей задачей.

По мере повышения скорости переключения транзисторов, их тепловыделение усиливается по экспоненте. Это остановило в 2005 году максимальную тактовую частоту процессоров где-то в районе 3 ГГц и заставило разработчиков перейти на стратегию «многоядерности».

Количество полупроводниковых элементов в одном чипе увеличивается путем уменьшения их физических размеров – переход на более тонкий технологический процесс. Каждый такой шаг означает снижение линейных размеров транзистора примерно в 1,4 раза и площади примерно в 2 раза. Всем известный Intel на данный момент (2011 год) владеет технологией в 32 нм при которой длина канала транзистора составляет 20 нм. Переход на более тонкий тех. процесс осуществляется этой компанией примерно каждые 2 года.

Быстродействие транзисторов по мере их уменьшения растет, но уже не повышается тактовая частота ядра процессора, как было до 90 нм тех. процесса. Это оставляет дальнейшее развитие кремниевых технологий малоперспективным.

Будущее за графеном?

Основной претендент на смену кремнию, по мнению многих экспертов, это графен. Этот новый полупроводниковый материал, открытый в 2004 году, является особой формой углерода (C).

Сейчас разрабатывается транзистор на базе графена, который может работать в трех различных режимах. Для аналогичной задачи в кремниевом чипе, потребовалось бы три отдельных полупроводниковых транзистора. Это позволит создавать интегральные схемы из меньшего количества транзисторов, которые будут выполнять те же функции, что и их кремниевые аналоги.

Еще одним важным преимуществом графеновых транзисторов является их способность работать на высоких частотах. Как заявляют некоторые ученые специалисты, эти частоты могут достигать 500-1000 ГГц.

Однако многообещающие технологии на базе графена пока еще находятся на стадии исследований и разработок. Время покажет, сколько они еще таят в себе подводных камней. Ну, а кремний все еще остается рабочей лошадкой в современной электронике, и не спешит сдавать позиции.

Открытие завода Bosch по производству полупроводниковых пластин в Дрездене: новый этап

Новая фабрика в Дрездене, полноценный запуск которой запланирован на июнь 2021 года, — ответ Bosch на растущее применение полупроводниковых приборов в разных отраслях, а также демонстрация приверженности Германии к высоким технологиям. На заводе будут изготавливать пластины диаметром 300 миллиметров, и при толщине всего 60 микрометров они будут тоньше человеческого волоса. В качестве специфических интегральных схем (ASIC) в автомобилях, например, эти полупроводники действуют как мозг автомобиля. Они обрабатывают информацию от датчиков и запускают дальнейшие действия, например, посылают молниеносное сообщение на подушку безопасности, чтобы сообщить ей о срабатывании. Хотя кремниевые чипы в размере всего несколько мм2, они содержат сложные схемы, иногда с несколькими миллионами отдельных электронных функций. Из пластин Bosch будет производить силовые полупроводники для использования в таких приложениях, как DC-DC преобразователи в электрических и гибридных автомобилях.

Помимо автомобильной промышленности полупроводники находят все больше способов применения, в том числе в Интернете вещей.

Изготовление чипа из полупроводниковой пластины — высокотехнологичный процесс, который включает в себя несколько сотен этапов. Для производства пластин требуется шесть недель и около 250 отдельных этапов изготовления — и все эти процессы полностью автоматизированы. В процессе работы на пластины наносятся мельчайшие детали размером в доли микрометра. Эти прототипы микросхем теперь могут быть впервые установлены и испытаны в электронных компонентах. В марте компания Bosch начнет первые производственные циклы по выпуску высокосложных интегральных схем.

Строительство объекта началось в июне 2018 года на участке площадью около 100 000 м2, что сопоставимо с площадью 14 футбольных полей. Завод расположен в “Силиконовой Саксонии” — ответ Дрездена на Силиконовую Долину. В конце 2019 года было завершено строительство высокотехнологичной фабрики, обеспечивающей 72 000 м2 производственной площади. Затем начались работы по внутренней отделке, и установка первого производственного оборудования в чистом помещении. В ноябре 2020 года начальные элементы производства впервые завершили краткий автоматизированный производственный цикл. На заключительном этапе строительства на дрезденском заводе будут работать до 700 человек, которые будут контролировать и мониторить производство и техническое обслуживание оборудования.

Финансирование нового проекта осуществляется федеральным правительством Германии и, в частности, Федеральным министерством экономики и энергетики. Bosch планирует официально открыть свою фабрику по производству полупроводниковых пластин в июне 2021 года.

3 Принципы работы полупроводниковых приборов и их применение

Принципы работы полупроводниковых приборов и их применение

Диоды

В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход, называе­мый также           p-n-переходом или запирающим слоем. Этот слой обладает вентиль­ными свойствами, т. е. односторонней проводимостью. Это явление можно пояс­нить следующими положениями. Концентрация электронов в n-области во много раз больше, чем их концентрация в                p-области, где они служат неосновными носи­телями заряда. Вследствие этого электроны диффундируют в область их низкой концентрации — p-область. Здесь они рекомбинируют с дырками акцепторов и таким путем образуют пространственный (объемный) отрицательный заряд ионизированных атомов акцепторов, не скомпенсированный положительным за­рядом дырок — основных носителей заряда в этой области.

Одновременно происходит диффузия дырок в n-область. Здесь создается нескомпенсированный зарядом электронов пространственный положительный заряд ионов доноров. Таким путем между двумя областями полупроводника возникает двойной слой пространственного заряда, обедненный основными носи­телями заряда. Из-за наличия пространственных зарядов возникает перепад электрического потенциала между p- и            n-областями. Его называют потенциаль­ным барьером, а его величину — высотой потенциального барьера.

Электронно-дырочный переход нельзя получить, наложив одну на другую пластины, изготовленные из полупроводников с различной примесной проводи­мостью, так как между пластинами неизбежно наличие поверхностных пленок или очень тонкого слоя воздуха. Такой переход создается лишь посредством образования областей с различными электропроводностями в одной пластине полупроводника. Такой двухслойный полупроводниковый прибор с p-n-переходом называется полупроводниковым диодом.

Если положительный полюс источника электроэнергии соединен с p-областью полупроводникового диода, а отрицательный — с n-областью, то электрическое поле источника ослабляет до малой величины действие пространственных заря­дов — снижает   потенциальный   барьер диода,   вследствие чего резко возрастает диффузия и вместе с ней ток через p-n-переход.   Такое   включение   полупроводникового   диода называется прямым.

При обратном включении полупровод­никового диода, когда с p-областью соединен минус источ­ника напряжения, а с n-областью — плюс этого источника, внешнее поле усиливает поле пространственных зарядов и удаляет  носители  заряда  с обеих сторон  перехода.  Через p-n-переход создается  в этом случае лишь весьма  малый ток,  обусловленный  движением   неосновных  носителей  за­ряда. Но из-за этого тока обратное сопротивление полупроводникового диода является конечной величиной.

У диодов в качестве одного из основных параметров используют обратный ток Iобр, который измеряют при опре­деленном значении обратного напряжения.

 

Рекомендуемые файлы

Закон изменения тока


Ста­билитроны

Полупроводни­ковые стабилитроны, назы­ваемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряже­ний. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя p-n-перехода при включении диода в обратном напра­влении.

Материалы, используемые для создания p-n-перехода стабилит­ронов, имеют высокую концентрацию примесей. При этом напряженность электрического поля в p-n-переходе значительно выше, чем у обычных диодов. При относительно небольших обратных напряжениях в p-n-переходе возникает сильное элек­трическое поле, вызывающее его электрический пробой. В этом режиме нагрев диода не носит лавинообразного характера. Поэтому электрический пробой не переходит в тепловой.

 

U  — напряжение стабилизации

В качестве примера на рисунке приведены вольт-амперные характеристики стабилитрона при различных температурах, показано условное обозначение стабилитронов.

Варикапы

Варикап — это полупроводниковый прибор, предназначен­ный для использования в качестве управляемой электрическим напряжением емкости. Варикап работает при обратном напряжении, приложенном к p-n-переходу.

Емкость p-n-перехода диода с увеличе­нием обратного напряжения уменьшается. Максимальная емкость варикапа в за­висимости от его типа составляет 5-300 пФ. Отношение минимальной и мак­симальной емкостей равно 1:5. Благодаря достаточно высокой добротности варикапы используются для построения коле­бательных контуров с управляемой напря­жением резонансной частотой в области свч.

С =  — емкость зависит от площади         обкладок конденсатора, расстояния между ними, а также от диэлектрической проницаемости материала.

Светодиоды

Излучающий диод, работающий в видимом диапазоне волн, часто называют светоизлучающим, или светодиодом.

Излучение возникает при протекании прямого тока диода в результате рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода и в областях, примыкающих к ука­занной области. При рекомбинации излучаются фотоны.

Прохождение через p-n-переход тока в прямом на­правлении сопровождается инжекцией неосновных носителей: электронов в p-область и дырок в n-область. Инжектированные неосновные носители рекомбинируют с основными носителя­ми данной области полупроводника и их концентрация быстро падает по мере удаления от p-n-перехода в глубь полупроводника. У многих полупроводников рекомбинация носит безызлучательный характер: энергия, выделяющаяся при рекомби­нации, отдается решетке кристалла, т. е. превращается в конечном итоге в теплоту.

Схематическое изображение структуры излучающего диода,  его ус­ловное графическое обозначение (КПД ~ 10-70%). InAs, Sic, GAs.

Фоторезисторы

Фоторезистором называют полупроводниковый рези­стор, сопротивление которого чувствительно к электро­магнитному излучению в оптическом диапазоне спектра.

Схематическое изображение структуры фоторези­стора и его условное графическое обозначение

Поток фотонов, падающих на полупроводник, вызывает появление пар электрон-дырка, увеличивающих проводи­мость (уменьшающих сопротивление). Это явление называют внутренним фотоэффектом (эффектом фотопроводимости).

Фоторезисторы часто характеризуются зависимостью тока от освещенности при заданном напряжении на резисторе. Это так называемая люкс-амперная характери­стика.

Люкс-амперная характери­стика фоторезистора

Фотоэлементы с pn-переходом

При освещении p-n-перехода в нем возникает э. д. с. Это явление исполь­зуется в фотоэлементах с запирающим слоем, которые могут служить индикаторами лучистой энергии, не требующими внешнего питания, и преобразователями этой энергии в электрическую энергию.

Из p-полупроводника методом диффузии изготовляют тон­кий слой, обладающий        n-проводимостью. Между этим слоем и p-полупроводником образуется p-n-переход. При отсутствии света переход находится в равновесном состоянии и в нем устанавливается равно­весный потенциальный барьер. При облучении перехода в p-области генерируются электронно-дырочные пары. Электроны, образовавшиеся в p-области, диффундируют к       p-n-переходу и, подхватываясь контактным полем, перебрасываются в n-область. Дырки же преодолеть барьер не могут и остаются в p-области. Поэтому p-область заряжается положительно, n-область — отрица­тельно и в p-n-переходе появляется дополнительная разность потен­циалов, приложенная в прямом направлении. Ее называют фотоэлектродвижущей силой.

Принципиальная схема фотоэлемента (КПД ~15%)

Фотодиоды

Фотодиод, как и фотоэлемент с запирающим слоем, представляет собой p-n-переход, включенный в цепь в запорном направлении, последовательно с внешним источником питания. При отсутствии светового потока через фотодиод протекает незначительный так называемый темповой ток. При освещении p-n-перехода вследствие генерации избыточных носителей обратный ток увеличивается пропорционально потокe, вызывая увеличение падения напряжения на нагрузочном сопро­тивлении. От фотоэлементов с внешним фотоэффектом фотодиоды выгодно отличаются малыми габаритами и весом, высокой интеграль­ной чувствительностью и небольшим рабочим напряжением.

Физические процессы, протекающие в фотодиодах, носят обратный характер по отношению к процессам, протекающим в светодиодах. Основным физическим яв­лением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области р-n-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения.

Электрическое поле р-n-перехода разделяет электроны и дырки. Неосновные носители электричества, для кото­рых поле является ускоряющим, выводятся этим полем за переход. Основные носители задерживаются полем в сво­ей области проводимости.

Упрощенная структура фотодиода и его ус­ловное графическое обозначение

Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи.

Фотодиоды удобно ха­рактеризовать семейством вольт-амперных характеристик, соответствующих различным световым потокам (световой поток измеряется в люменах, лм) или различным освещенностям (освещенность измеряется в люксах, лк).

Обратимся к вольт-амперным характеристикам (ВАХ) фотодиода. Пусть вначале световой поток ра­вен нулю, тогда ВАХ фотодиода фактически повторяет ВАХ обычного диода. Если световой поток не равен нулю, то фотоны, проникая в область р-n-перехода, вызывают генерацию пар электрон-дырка. Под действием электри­ческого поля р-n-перехода носители электрода движутся к электродам. В результате между электродами воз­никает напряжение, которое возрастает при увеличении светового потока. При положительном напряжении анод-катод ток диода может быть отрицательным (четвертый квадрант характеристики). При этом прибор не потребля­ет, а вырабатывает энергию.

В настоящее время коэффициент полезно­го действия солнечных элементов достигает 20%. Пока энергия, вырабатываемая солнечными элементами, при­мерно в 50 раз дороже энергии, получаемой из угля, не­фти или урана. Но ожидается, что стоимость энергии, получаемой с помощью солнечных батарей, будет сни­жаться.

Фотодиоды являются более быстродействующими при­борами по сравнению с фоторезисторами. Они работают на частотах 107—1010 Гц. Фотодиод часто используется в оптопарах светодиод-фотодиод.

Термоэлектрогенераторы и термоэлектрохолодильники

Рассмотрим цепь из p-n-полупроводников. Пусть левые концы образцов n- и p-полупроводника находятся при температуре более высокой, чем правые. В горячей области образуются в большей концентрации электроны и дыр­ки. Путем диффузии они стремятся распространиться по всему объему. В результате горячая часть  n-полупроводника зарядит­ся положительно (частично ушли возбужденные электроны), а холодная — отрицательно; в р-полупроводнике горячая часть зарядится отрицательно (частично ушли возникшие дырки), а холодная — положительно.

В цепи, соединенной последовательно из разных материалов, появляется э. д. с., если места контактов поддерживаются при разных температурах. В этом сущность термоэлектрического эффекта Зеебека, используемого в термоэлектрогене­раторах (ТЭГ). При появлении тока в цепи, состоящей из раз­личных проводников, в местах контакта в дополне­ние к теплоте Джоуля выделяется или поглощается в зависимо­сти от направления тока некоторое количество тепла, пропорциональное прошедшему через контакт количеству электри­чества:

Термоэлектрогенераторы применяют для питания радиоаппа­ратуры. Так же как и термопарный эффект, эффект Пельтье в p-n-переходах проявляется более энергично, чем в металли­ческих парах. Если в лучших устройствах из металлических пар на контактах удавалось получать перепад темпера­тур 3—5° С, то в батареях из полупроводниковых          p-n-элементов удается его довести до 60—70° С. Эффект используется для охлаждения радиоаппаратуры и ее термостатирования.

Полупроводниковые термостаты применяют для стабилиза­ции температуры работы пьезокварцев и многих полупроводни­ковых радио- и вычислительных схем; холодильники — для по­вышения чувствительности схем с фоторезисторами.

Эффект Холла

Предположим, что по пластине проводника, имею­щей ширину a и толщину b, течет ток плотностью i. Выбе­рем на боковых сторонах пластины точки C и D, разность потенциалов между которыми равна нулю. Если эту пластину поместить в магнит­ное поле с индукцией B, то между точками C и D возникает разность потенциалов VХ, называемая э. д. с. Холла. В не слишком сильных полях

Vx = rh Bai

Коэффициент пропорциональности rh называют постоянной Холла. Она имеет размерность L3/Q (L — длина, Q — электрический заряд) и измеряется в кубических метрах на кулон, (м3/Кл). Рассмотрим физическую природу эффекта  Холла.

На электрон, движущийся справа налево со скоростью v, действует сила Лоренца Fл: Fл = qvB

Под действием силы Лоренца электроны отклоняются к внешней грани пластины, заряжая ее отрицательно. На противоположной грани накапливаются нескомненсированные положительные заряды. Это приводит к возникновению электрического поля, направленного от C к D. Поле EХ действует на электроны с силой f = qEx, направленной против силы Лоренца. При f — Fл поперечное электрическое поле уравновешивает силу Лоренца и дальнейшее накопление электрических зарядов на боковых гранях пластины прекращается.

Эффект Холла получил наи­более широкое практическое применение из  всех гальваномагнитных явлений. По­мимо исследования электрических свойств материалов он послужил основой для устройства большого класса приборов: магнитометров, преобразователей постоянного тока в переменный и переменного в по­стоянный, усилителей постоянного и переменного тока, генерато­ров сигналов переменного тока, фазометров, микрофонов и т. д.

Полупроводниковые лазеры (КПД > 90%)

В последние годы интенсивно разви­ваются работы по созданию полупроводниковых источников когерент­ного излучения — полупроводниковых лазеров, которые открывают возможность непосредственного преобразования энергии электриче­ского тока в энергию когерентного излучения.

На рис. а сплошной линией показана кривая распределения электронов, отвечающая равновесному состоянию, пунктиром — неравновесному состоянию, при котором концентрация электронов в зоне проводимости и дырок в валентной зоне выше равновесной. За­полнение зон электронами, соответствующее такому инверсионному состоянию, показано на рис. б. Особенность его заключена в том, что кванты света с энергией, равной ширине запрещенной зо­ны, поглощаться системой не могут. Поглощение та­кого кванта должно сопровождаться переводом электрона с верхнего уровня валентной зоны на нижний уровень зоны проводимости. Так как на верхнем уровне валентной зоны электронов практически нет, а на нижнем уровне зоны проводимости нет свободных мест, то вероят­ность подобного процесса весьма низка. Это создает благоприятные условия для протекания стимулированного излучения и нарастания фотонной лавины. Квант света стимулирует рекомби­нацию электрона и дырки (n-переход), сопровождающуюся рождением точно такого же кванта. Так как эти кванты практически не погло­щаются системой, то в дальнейшем они оба участвуют в возбуждении стимулированного излучения, порождая два новых кванта, и т. д. Для того чтобы заставить один и тот же фотон участвовать в возбуждении стимулированного излучения многократно, на противоположных стен­ках рабочего тела лазера помещают строго параллельные одно другому зеркала (рис. в), которые отражают падающие на них фото­ны и возвращают   их   в рабочий   объем лазера. Усилению подвергаются только те  фотоны,   ко­торые движутся практически строго вдоль  оси,  так   как   только эти фотоны испытывают многократные отражения   от зеркал. Все другие фотоны выбывают    из   рабочего объема либо сразу, либо после незначительного числа отражений.   В результате    возникает    остронаправленное излучение вдоль оси,   характеризующееся вы­сокой степенью монохроматичности.

Полупроводниковые лазеры обладают высоким к. п. д., который приближается к 100%. Другим  замечательным  свойством   полупроводниковых   лазеров является  возможность  прямой  модуляции   когерентного  излучения изменением тока, текущего через p-n-переход.   Это позволяет при­менять полупроводниковые лазеры для целей связи и телевидения.

Тензорезисторы

Ряд полупроводниковых материалов достаточно резко изме­няет свое электросопротивление под влиянием механических на­пряжений. Этот эффект называется тензорезистивным, а материалы, в которых он имеет место, — тензорезисторами. Природа тензорезистивного эффекта у разных полупроводников может быть различной. У порошковых композиций, например у авиационных угольных регуляторов напряжения и в угольных микрофонах, она обусловливается преимущественно изменени­ем электросопротивления за счет изменения площади и качества поверхности контактов; в однородных монокристаллах — изме­нением ширины валентной зоны и анизотропии эффективных масс электронов при деформировании; в монокристаллах с p-n-переходами — за счет изменений ширины перехода и по­тенциалов на нем.

В простейшем случае этот эффект оценивается коэффициен­том тензочувствительности по напряжению:

Рекомендуем посмотреть лекцию «Психометрические исследования половых различий в познавательных способностях».

характеризующему относительное изменение электросопротив­ления ΔR/R0, приходящееся на единицу приложенного напряже­ния σ, или коэффициентом тензочувствительности по деформа­ции:

                               

где ΔR – изменение сопротивления; σ – механическое напряжение; π – коэффициент тензочувствительности по напряжению; ε – механическая деформация; K – коэффициент тензочувствительности по деформации.

Презентация применение приборов в электронике. Презентация на тему «полупроводниковые приборы и принцип их работы «

Слайд 2

Стремительное развитие и расширение областей применения электронных устройств обусловлено совершенствованием элементной базы, основу которой составляют полупроводниковые приборыПолупроводниковые материалы по своему удельному сопротивлению (ρ=10-6 ÷ 1010 Ом.м) занимают промежуточное место между проводниками и диэлектриками.

Слайд 3

Основными материалами для производства полупроводниковых приборов являются: кремний (Si), карбид кремния (SiС), соединения галлия и индия.

Слайд 4

Для изготовления электронных приборов используют твердые полупроводники, имеющие кристаллическое строение. Полупроводниковыми приборами называются приборы, действие которых основано на использовании свойств полупроводниковых материалов.

Слайд 5

Полупроводниковые диоды

Это полупроводниковый прибор с одним p-n-переходом и двумя выводами, работа которого основана на свойствах p-n — перехода. Основным свойством p-n — перехода является односторонняя проводимость — ток протекает только в одну сторону. Условно-графическое обозначение (УГО) диода имеет форму стрелки, которая и указывает направление протекания тока через прибор. Конструктивно диод состоит из p-n-перехода, заключенного в корпус (за исключением микромодульных бескорпусных) и двух выводов: от p-области — анод, от n-области — катод. Т.е. диод — это полупроводниковый прибор, пропускающий ток только в одном направлении — от анода к катоду. Зависимость тока через прибор от приложенного напряжения называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ) прибора I=f(U).

Слайд 6

Транзисторы

Транзистор — это полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов, а также коммутации электрических цепей. Отличительной особенностью транзистора является способность усиливать напряжение и ток — действующие на входе транзистора напряжения и токи приводят к появлению на его выходе напряжений и токов значительно большей величины. Свое название транзистор получил от сокращения двух английских слов tran(sfer) (re)sistor — управляемый резистор. Транзистор позволяет регулировать ток в цепи от нуля до максимального значения.

Слайд 7

Классификация транзисторов: — по принципу действия: полевые (униполярные), биполярные, комбинированные. — по значению рассеиваемой мощности: малой, средней и большой. — по значению предельной частоты: низко-, средне-, высоко- и сверхвысокочастотные. — по значению рабочего напряжения: низко- и высоковольтные. — по функциональному назначению: универсальные, усилительные, ключевые и др. — по конструктивному исполнению: бескорпусные и в корпусном исполнении, с жесткими и гибкими выводами.

Слайд 8

В зависимости от выполняемых функций транзисторы могут работать в трех режимах: 1) Активный режим — используется для усиления электрических сигналов в аналоговых устройствах. Сопротивление транзистора изменяется от нуля до максимального значения — говорят транзистор «приоткрывается» или «подзакрывается». 2) Режим насыщения — сопротивление транзистора стремится к нулю. При этом транзистор эквивалентен замкнутому контакту реле. 3) Режим отсечки — транзистор закрыт и обладает высоким сопротивлением, т.е. он эквивалентен разомкнутому контакту реле. Режимы насыщения и отсечки используются в цифровых, импульсных и коммутационных схемах.

Слайд 9

Индикатор

Электрóнный индикáтор — это электронное показывающее устройство, предназначенное для визуального контроля за событиями, процессами и сигналами. Электронные индикаторы устанавливается в различное бытовое и промышленное оборудование для информирования человека об уровне или значении различных параметров, например, напряжения, тока, температуры, заряде батареи и т.д. Часто электронным индикатором ошибочно называют механический индикатор с электронной шкалой.

Посмотреть все слайды

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com


Подписи к слайдам:

учитель физики: Абрамова Тамара Ивановна МБОУ « Бутурлиновская СОШ» 2016г.

Что такое полупроводник? Откуда взялись электроны и дырки? Что получится при добавлении мышьяка в германий? Полупроводники идут на контакт. Одностороняя проводимость – не только на дорогах. Диоды, транзисторы, светодиоды, фотоэлементы – где с ними встречаемся? Сегодня на уроке.

ПОЛУПРОВОДНИКИ ρ металлов ‹ ρ полупров. ‹ ρ диэл. ρ₁ — У С металлов Ρ ₂ — УС полупроводников Ρ ₃ — УС диэлектриков

Строение полупроводников К полупроводникам относятся химические элементы германий, кремний, селен, мышьяк, индий, фосфор,… и их соединения. В земной коре этих соединений достигает 80%. При низких температурах и в отсутствии освещенности чистые п/п не проводят электрического тока, т. к. в них нет свободных зарядов. Кремний и германий имеют на внешней электронной оболочке по 4 (валентных) электрона. В кристалле каждый из этих электронов принадлежит двум соседним атомам, образуя, т. н. ковалентную связь. Эти электроны участвуют в тепловом движении, но остаются на своих местах в кристалле. С е Р а С е л е н Кремний

Собственная проводимость полупроводников П р и н а г р е в а н и и П р и о с в е щ е н и и N эл. = N дыр.

полупроводник фольга корпус изолятор вывод

Искусственные спутники Земли, космические корабли, электронно – вычислительная техника, радиотехника, автоматизированные системы счета, сортировки, проверки качества, … Применение Фотореле, аварийные Выключатели.

примесная проводимость полупроводников N электронов > N дырок Проводимость – электронная (донорная). Полупроводник – n- типа. N дырок > N электронов. Проводимость –дырочная (акцепторная). Полупроводник – p -типа.

Электронно – дырочный переход R зап. слоя велико! R з.с. уменьшилось. R з.с. увеличилось. d= 10 ¯⁵ c м

Свойство контакта полупроводников с разным типом проводимости n – p переход Х а р а к т е р и с т и к а Основное свойство n – p перехода — Односторонняя проводимость В о л ь т а м п е р н а я Прямой переход. Обратный переход

Германий -катод Индий – анод Полупроводниковый диод Главное свойство – односторонняя проводимость. Используется для выпрямления слабых токов в радиоприемниках, телевизорах, и сильных токов в ЭД трамваев, электровозов.

Принцип работы полупроводникового устройства Основные носители зарядов Неосновные носители зарядов Виды диодов – плоскостные и точечные. Достоинства: Малые размеры и масса, высокий к.п.д., прочны.

транзисторы Применяются в качестве усилителей в радиотехнике, в электротехнике.

Полупроводниковые приборы

Фотоэлементы и термоэлементы

Применение фотоэлементов

Светодиоды полупроводниковые Светодиоды – приборы, преобразующие электрическую энергию в световую. Излучают кванты света под действием приложенного напряжения.

Полупроводниковые термоэлементы Преобразуют внутреннюю энергию в электрическую.

1.Какими носителями электрического заряда создается ток в металлах и в чистых полупроводниках? А. И в металлах, и в полупроводниках только электронами. Б. В металлах только электронами, в полупроводниках только « дырками». В. В металлах только электронами, в полупроводниках электронами и «дырками». Г.В металлах и полупроводниках ионами. 2. Какой тип проводимости преобладает в полупроводниках с примесями? А. Электронная. Б. Дырочная. В. В равной степени электронная и дырочная. Г. Ионная. 3. Как зависит сопротивление от температуры в металлах и в полупроводниках? А.В металлах увеличивается, а в полупроводниках уменьшается с ростом температуры. Б. В металлах уменьшается, а в полупроводниках увеличивается с ростом температуры. В. В металлах не изменяется, а в полупроводниках уменьшается с изменением температуры. Г. В металлах увеличивается с изменением температуры, а в полупроводниках не изменяется. 4. Применяется ли закон Ома для тока в полупроводниках и в металлах? А. Для тока в полупроводниках применяется, а для тока в металлах нет. Б. Для тока в металлах применяется, а для тока в полупроводниках нет. В. Применяется и для тока в металлах, и для тока в полупроводниках. Г. Не применяется ни в каком случае. Задания для самоконтроля 1.В 2.А 3.А 4.Б.


По теме: методические разработки, презентации и конспекты

При разработке урока по теме «Полупроводники. Примесный полупроводник. Собственная проводимость» были применены электронные образовательные ресурсы….

разработка урока по теме«Полупроводники.Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»…

презентация «Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»

презентация:»Полупроводники. Собственная и примесная проводимость полупроводников. Электрический ток в полупроводниках»…

Полупроводниковые приборы урок –исследование по физике. 9 класс

Берюмова Ольга Николаевна, учитель физики МОУ СОШ № 22 Курского муниципального района Ставропольского края


Цель: изучения принципа действия и строения полупроводниковых приборов .

  •  виды электропроводности;
  •  полупроводники их свойства и применение;
  • принципы работы полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы.

  • « Полупроводниковые приборы » — это перспективная ветвь развития электротехники.

Диоды

Фотоэлектрические полупроводниковые приборы

Полупроводники

Триоды

Интегральные микросхемы

Транзисторы

Резисторы


Виды проводимости

Примесная

Электронная

Дырчатая

Не основные носители заряда


  • созда ётся путём добавления к тщательно очищенному полупроводнику весьма малого количества примеси.

  • В пластине полупроводника, на границе между двумя слоями с различного рода электропроводностями, образуется электронно-дырочный переход , называемый также р-п- переходом или запирающим слоем.

Биполярные транзисторы

  • Биполярный транзистор можно условно рассматривать как соединение полупроводниковых диодов.
  • * Термин «транзистор», образованный путем слияния двух английских слов transfer -передача и resistor — сопротивление, надо понимать как передающее сопротивление. .

  • В современных электронных вычислительных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.

  • 1 . Средствами электротехники относительно быстро решаются важнейшие технические проблемы в народном хозяйстве.
  • 2. Полупроводниковые приборы вытеснили электронные лампы и ионные приборы
  • 3. Электрическая проводимость полупроводников с повышение температуры уменьшается.
  • 4. Чем лучше очистка полупроводника, тем выше его удельное сопротивление.
  • 5. На практике используется исключительно примесная электропроводность полупроводников,
  • 6. Размеры диода зависят от допустимой для данного типа диодов плотности тока.
  • 7. Чем больше нагревостойкость диода, тем меньше могут быть его габариты при том же КПД

  • 8 . В настоящее время широко применяют несколько видов полупроводниковых диодов: селеновые, германиевые, кремниевые, редко из арсенида галлия.

9. Применение электронных устройств приводит к непрерывному усложнению их схем и к увеличению количества используемых в них элементов.

  • 10 В современных электронных вычисли­тельных машинах количество пассивных (резисторов, конденсаторов) и активных (диодов, транзисторов) элементов достигает миллионов.
  • 11 Разработаны новые принципы создания электронных устройств на базе элементной интеграции.
  • 12 Электронные устройства на полупроводниковых интегральных микросхемах могут иметь плотность монтажа до 500 элементов в 1 см 3 .

  • 13. Интегральные микросхемы представляют собой усилительные устройства.
  • 14. Они обладают большим быстродействием и высокой надежностью (безотказностью в работе). Современные интегральные микро­схемы могут содержать более 1000 элементов.
  • 15. Большие интегральные микросхемы рассчитаны на очень небольшую мощность — десятые доли ватта .

Введение При использовании полупроводниковых приборов в электронных устройствах для унификации их обозначения и стандартизации параметров используются системы условных обозначений. Эта система классифицирует полупроводниковые приборы по их назначению, основным физическим и электрическим параметрам, конструктивно- технологическим свойствам, виду полупроводниковых материалов. Система условных обозначений отечественных полупроводниковых приборов базируется на государственных и отраслевых стандартах. Первый ГОСТ на систему обозначений полупроводниковых приборов ГОСТ был введен в 1964 году. Затем по мере возникновения новых классификационных групп приборов был изменен на ГОСТ, а затем на отраслевой стандарт ОСТ и ОСТ соответственно в 1972, 1977, 1981 годах. При этой модификации основные элементы цифробуквенного кода системы условных обозначений сохранились. Эта система обозначений логически строена и позволяет наращивать по мере дальнейшего развития элементной базы. Основные термины, определения и буквенные обозначения основных и справочных параметров полупроводниковых приборов приведены в следующих гостах: – Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров; – Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Условные обозначения и классификация отечественных полупроводниковых приборов Система обозначений современных полупроводниковых диодов, тиристоров и оптоэлектронных приборов установлена отраслевым стандартом ОСТ и базируется на ряде классификационных признаков этих приборов. В основу системы обозначений положен буквенно- цифровой код, который состоит из 5 элементов…

Первый элемент Первый элемент (буква или цифра) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Для приборов общегражданского применения используются буквы, являющиеся начальными буквами в названии полупроводника или полупроводникового соединения. Для приборов специального применения вместо этих букв используются цифры. Исходный материал Условные обозначения Германий или его соединения Г или 1 Кремний или его соединения К или 2 Соединения галлия (например, арсенид галлия) А или 3 Соединения индия (например, фосфид индия) И или 4

Второй элемент- подкласс полупроводниковых приборов. Обычно буква выбирается из названия прибора, как первая буква названия Подкласс приборов Условные обозначения Подкласс приборов Условные обозначения Выпрямительные, универсальные, импульсные диоды Д Стабилитроны С Транзисторы биполярные Т Выпрямительные столбы Ц Транзисторы полевые П Диоды Ганна Б Варикапы В Стабилизаторы тока К Тиристоры диодные Н Сверхвысокочастотные диоды А Тиристоры триодные У Излучающие ОЭ приборы Л Туннельные диоды И Оптопары О

Третий элемент. Третий элемент (цифра) в обозначении полупроводниковых приборов, определяет основные функциональные возможности прибора. У различных подклассов приборов наиболее характерные эксплутационные параметры (функциональные возможности) различны. Для транзисторов – это рабочая частота и рассеиваемая мощность, для выпрямительных диодов — максимальное значение прямого тока, для стабилитронов – напряжение стабилизации и рассеиваемая мощность, для тиристоров – значение тока в открытом состоянии.


Пятый элемент. Пятый элемент (буква) в буквенно-цифровом коде системы условных обозначений указывает разбраковку по отдельным параметрам приборов, изготовленных в единой технологии. Для обозначения используются заглавные буквы русского алфавита от А до Я, кроме З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Я, схожих по написанию с цифрами.

Условные обозначения и классификация зарубежных полупроводниковых приборов За рубежом существуют различные системы обозначений полупроводниковых приборов. Наиболее распространенной является система обозначений JEDEC, принятая объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором первая цифра соответствует числу p-n переходов: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тетрод (тиристор). За цифрой следует буква N и серийный номер, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). За номером могут стоять одна или несколько букв, указывающих на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным параметрам или характеристикам. Однако цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния или область применения. В Европе используется система, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron. По этой системе приборы для бытовой аппаратуры широкого применения обозначаются двумя буквами и тремя цифрами. Так, у приборов широкого применения после двух букв стоит трехзначный порядковый номер от 100 до 999. У приборов, применяемых в промышленной и специальной аппаратуре, третий знак – буква (буквы используются в обратном алфавитном порядке: Z, Y, X и т.д.), за которой следует порядковый номер от 10 до 99.


Первый элемент. Первый элемент (буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на базе которого создан полупроводниковый прибор. Используются 4 латинские буквы A, B, C и D, в соответствии с видом полупроводника или полупроводникового соединения. Исходный материал Ширина запрещенной зоны, эВ Условные обозначения Германий0,6…1 А Кремний1…1,3 В Арсенид галлияболее 1,3 С Антимонид индияменее 1,6 D

Второй элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Третий элемент (цифра или буква) обозначает в буквенно- цифровом коде полупроводниковые приборы, предназначенные для аппаратуры общегражданского применения (цифра) или для аппаратуры специального применения (буква). В качестве буквы в последнем случае используются заглавные латинские буквы, расходуемые в обратном порядке Z, Y, X и т.п. Четвертый элемент (2 цифры) означает порядковый номер технологической разработки и изменяется от 01 до 99. Например, ВТХ это кремниевый управляемый выпрямитель (тиристор) специального назначения с регистрационным номером 10 и напряжением 200 В.

Стандарт JIS-C-7012 Система стандартных обозначений, разработанная в Японии (стандарт JIS-C- 7012, принятый ассоциацией EIAJ-Electronic Industries Association of Japan) позволяет определить класс полупроводникового прибора (диод или транзистор), его назначение, тип проводимости полупроводника. Вид полупроводникового материала в японской системе не отражается. Условное обозначение полупроводниковых приборов по стандарту JIS-C-7012 состоит из пяти элементов. Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает тип полупроводникового прибора. Используются 3 цифры (0, 1, 2 и 3) в соответствии с типом прибора. Второй элемент. Второй элемент обозначается буквой S и указывает на то, что данный прибор является полупроводниковым. Буква S используется как начальная буква от слова Semiconductor. Третий элемент. Третий элемент (буква) обозначает подкласс полупроводниковых приборов. Ниже в таблице приведены буквы, используемые для обозначения подклассов Четвертый элемент. Четвертый элемент обозначает регистрационный номер технологической разработки и начинается с числа 11. Пятый элемент. Пятый элемент отражает модификацию разработки (А и В – первая и вторая модификация).

JEDEC Система обозначений JEDEC (Joint Electron Device Engineering Council), принята объединенным техническим советом по электронным приборам США. По этой системе приборы обозначаются индексом (кодом, маркировкой), в котором: Первый элемент. Первый элемент (цифра) обозначает число p-n переходов. Используются 4 цифры (1, 2, 3 и 4) в соответствии с типом прибора: 1 – диод, 2 – транзистор, 3 – тиристор, 4 – оптопара. Второй элемент. Второй элемент состоит из буквы N и серийного номера, который регистрируется ассоциацией предприятий электронной промышленности (EIA). Цифры серийного номера не определяют тип исходного материала, частотный диапазон, мощность рассеяния и область применения. Третий элемент. Третий элемент — одна или несколько букв, указывают на разбивку приборов одного типа на типономиналы по различным характеристикам. Фирма-изготовитель, приборы которой по своим параметрам подобны приборам, зарегестрированным EIA, может представлять свои приборы с обозначением, принятым по системе JEDEC. Пример: 2N2221A, 2N904.

Графические обозначения и стандарты В технической документации и специальной литературе применяются условные графические обозначения полупроводниковых приборов в соответствии с ГОСТ «Обозначения условные, графические в схемах. Приборы полупроводниковые».











Условные обозначения электрических параметров и сравнительные справочные данные полупроводниковых приборов Для полупроводниковых приборов определены и стандартизованы значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики, которые приводятся в справочниках. К таким параметрам относятся: напряжение (например, Uпр – постоянное прямое напряжение диода), ток (например, Iст, max – максимально допустимый ток в стабилизации стабилитрона, мощность (например, Pвых – выходная мощность биполярного транзистора), сопротивление (например, rдиф – дифференциальное сопротивление диода), емкость (например, Cк – емкость коллекторного перехода), время и частота (например, tвос, обр — время обратного восстановления тиристора, диода), температура (например, Tmax — максимальная температура окружающей среды). Число значений основных электрических параметров исчисляется сотнями, причем для каждого подкласса полупроводниковых приборов эти параметры будут различными. В справочных изданиях приводятся значения основных электрических параметров и предельные эксплутационные характеристики полупроводниковых приборов. Ниже в качестве примера приведены эти данные для типичных представителей различных типов приборов.

Примеры обозначения некоторых транзисторов: КТ604А — кремниевый биполярный, средней мощности, низкочастотный, номер разработки 04, группа А 2Т920 — кремниевый биполярный, большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А 2ПС202А-2 — набор маломощных кремниевых полевых транзисторов средней частоты, номер разработки 02, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе. 2Д921А — кремниевый импульсный диод с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1нс, номер разработки 21, группа А 3И203Г — арсенидогаллиевый туннельный генераторный диод, номер разработки 3, группа Г АД103Б — арсенидогаллиевый излучающий диод инфракрасного диапазона, номер разработки 3, группа Б.

Основные ГОСТы: ГОСТ Приборы полупроводниковые. Термины и определения ОСТ, Приборы полупроводниковые. Система условных обозначений. ГОСТ 2, Обозначения условные графические в схемах. Приборы полупроводниковые ГОСТ Приборы полупроводниковые. Основные размеры ГОСТ Транзисторы биполярные. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Транзисторы полевые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров. ГОСТ Приборы полупроводниковые инфракрасные излучающие. Основные размеры. ГОСТ Диоды полупроводниковые. Термины, определения и буквенные обозначения параметров.

Читайте также…

Полупроводниковые приборы — Справочник химика 21

    Особо чистые вещества находят применение в производстве полупроводниковых приборов, в измерительной и вычислительной технике, атомно энергетике, волоконной оптике и других областях. [c.11]

    Германий обладает полупроводниковыми свойствами и с этим связано его основное применение. Германий, идущий для изготовления полупроводниковых приборов, подвергается очень тщательной очистке. Она осуществляется различными способами. Один из важнейших методов получения высокочистого германия — это зонная плавка (см. разд. 11.3.4). Для придания очищенному германию необходимых электрических свойств в него вводят очень небольшие количества определенных примесей. Такими примесями служат элементы пятой и третьей групп периодической системы, например, мышьяк, сурьма, алюминий, галлий. Полупроводниковые приборы из германия (выпрямители, усилители) широко применяются в радио- и телевизионной технике, в радиолокации, в счетно-решающих устройствах. Из германия изготовляют также термометры сопротивления. [c.421]


    Кремний применяется главным образом в металлургии и в полупроводниковой технике. В металлургии он используется для удаления кислорода из расплавленных металлов и служит составной частью многих сплавов. Важнейшие из них — это сплавы на основе железа, меди и алюминия. В полупроводниковой технике кремний используют для изготовления фотоэлементов, усилителей, выпрямителей. Полупроводниковые приборы на основе кремния выдерживают нагрев до 250 °С, что расширяет область их применения. [c.415]

    Выделение металлов и реакции восстановления растворенных веществ на катоде, которым является капающая ртуть, лежат в основе полярографии — широко применяемого метода химического анализа (предложен Я. Гейровским в Чехословакии в 1922 г.). Ионизированный пар ртути используют в различных ионных приборах — люминесцентных лампах дневного света, ртутных кварцевых лампах и др. Ряд соединений ртути применяют в полупроводниковых приборах. Широко используются ртутные термометры. [c.600]

    Германий особой чистоты, пригодный для использования в полупроводниковых приборах, получают специальными методами. Сначала его подвергают фракционной перекристаллизации, при которой используются различия в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах и малая скорость диффузии в твердой фазе. Затем вытягиванием из расплава слитков чистейшего германия [c.365]

    Кремний как полупроводник применяется в многочисленных полупроводниковых приборах термосопротивлениях (термисторах), выпрямителях, транзисторах, детекторах, термометрах сопротивления для самых низких температур, модуляторах света и т. д. в таких областях, как радиоэлектроника, телемеханика, фотоэлементы, счетно-решающие и управляющие устройства. [c.9]

    Исследование полупроводниковых приборов. [c.256]

    Германий Ое принадлежит к рассеянным элементам. Для него не характерно образование рудных скоплений. Между тем свободный германий — основа целого класса современных полупроводниковых приборов и потребности в нем постоянно возрастают. Главнейший источник германия — некоторые цинковые руды, при переработке которых его получают в качестве побочного продукта. [c.140]

    Надежно работающие полупроводниковые приборы возможно создать, если присутствие примесей не превышает 10″ —10″ %, а в отдельных случаях — 10 —10 %. [c.102]

    Широкое применение получил кремний высокой чистоты в производстве полупроводниковых приборов. [c.8]

    Трудно перечислить применение и переоценить значение полупроводниковых материалов в науке и новейшей технике. Благодари созданию новых полупроводниковых приборов в последние десятилетия получила бурное развитие радиотехника. Полупроводниковые фотосопротивления и фотоэлементы используются в различных автоматических устройствах, а ферритовые полупроводники и сегнетоэлектрики — в электронно-счетных машинах, радиолокации, многоканальной телефонии, электроакустике. Развивающиеся атомная энергетика и космическая техника также используют полупроводниковые материалы. Многие полупроводниковые приборы поступают на вооружение сельского хозяйства. Многочисленны и другие области применения полупроводников. [c.141]


    Германий особой чистоты, используемый в полупроводниковых приборах, получают специальными методами, при этом широко применяется зонная плавка. [c.286]

    Применение. Применяют кремний главным образом для получения сплавов, восстановления металлов из оксидов, в радиотехнической и электротехнической промышленности для изготовления полупроводниковых приборов. [c.250]

    Анодное травление кристаллов электронных полупроводников происходит чрезвычайно медленно и поэтому редко применяется на практике. Возможно, однако, электролитическое травление п области полупроводникового прибора. Последнее связано с выделением атомарного кислорода на подведенном к п области металлическом выводе. Выделяющийся атомарный кислород окисляет близлежащие участки поверхности прибора, которые затем растворяются в электролите. [c.203]

    Германий особой чистоты, пригодный для использования в полупроводниковых приборах, получают специальными методами. Сначала германий подвергают фракционной перекристаллизации, при которой используются различия в растворимости примесей в твердой и жидкой фазах и малая скорость диффузии в твердой фазе. Затем вытягиванием из расплава полученных слитков чистейшего германия изготовляют монокристаллы. В процессе образования монокристаллов в германий вводят строго определенные дозы примесей для придания ему нужного вида проводимости (электронной или дырочной) и определенного значения удельной электропроводности. [c.206]

    Такое расположение материала будет способствовать лучшей его систематизации и позволит излагать различные разделы физики и химии полупроводников с единой точки зрения. Это существенно поможет учащимся при изучении не только данного курса, но и специальных дисциплин, относящихся к технологии изготовления и принципам работы полупроводниковых приборов. [c.5]

    Кристаллы окружают нас повсюду. Камни, металлы, сахар, соль, лекарства, снег и т. д. — все это кристаллы. Всякое кристаллическое вещество состоит из зерен, которые имеют различную форму и размеры от долей миллиметра до одного метра. Большинство окружающих нас тел имеет поликристаллическое строение и состоит из многих мелких кристалликов. Однако для изготовления полупроводниковых приборов обычно используют только монокристаллы, т. е. материапы, весь объем которых состоит из одного кристалла. [c.83]

    При создании полупроводниковых приборов обычно используются грани (П1) или (100), показанные на рис. 23. Грань (111) отсекает по осям X, V, X одинаковые отрезки О А, ОВ, ОС, а грань (100) отсекает по оси X отрезок ОА и не пересекается с осями У и 2. [c.89]

    Р—п переход является эффективным выпрямляющим и инжектирующим контактом и используется при создании многих современных полупроводниковых приборов. [c.178]

    С точки зрения параметров полупроводниковых приборов весьма существенно отношение кремния и германия к воде и кислороду. Это обстоятельство вызвано тем, что в воздухе и в водных средах проводятся обычно последние стадии обработки полупроводниковых приборов, а также тем, что из всех соединений германия и кремния при комнатной температуре наиболее устойчивы гидратированные окислы этих элементов. [c.92]

    Для технологии полупроводников и в первую очередь для решения задач, связанных со стабилизацией параметров полупроводниковых приборов, чрезвычайно важным является вопрос об устойчивости различных соединений германия и кремния. [c.101]

    ПОЛУПРОВОДНИКИ — вещества с электронной проводимостью, величина электропроводности которых лежит между электропроводностью металлов и изоляторов. Характерной особенностью П. является положительный температурный коэффициент электропроводности (в отличие от металлов). Электропроводность П. зависит от температуры, количества и природы примесей, влияния электрического поля, света и других внешних факторов. К П. относятся простые вещества — бор, углерод (алмаз), кремний, германий, олово (серое), селен, теллур, а также соединения — карбид кремния, соединения типа filmen (инднй — сурьма, индий — мышьяк, галлий — сурьма, алюминий — сурьма), соединения двух или трех элементов, в состав которых входит хотя бы один элемент IV—VII групп периодической системы элементов Д. И. Менделеева, некоторые органические вещества — полицены, азоаромати-ческие соединения, фталоцианин, некоторые свободные радикалы и др. К чистоте полупроводниковых материалов предъявляют повышенные требования, например, в германии контролируют примеси 40 элементов, в кремнии — 27 элементов и т. д. Тем не менее некоторые примеси придают П. определенные свойства и тип проводимости, а потому и являются необходимыми. Содержание примесей не должно превышать 10 —Ш %. П. применяются в приборах в виде монокристаллов с точно определенным содержанием примесей. Применение П. в различных отраслях техники, в радиотехнике, автоматике необычайно возросло в связи с большими преимуществами полупроводниковых приборов — они экономичны, надежны, имеют высокий КПД, малые размеры и др. [c.200]

    При создании полупроводниковых приборов многие технологические операции производятся в печах с восстановительной средой. Температура в таких печах 600—900° К, а в качестве восстановительной среды обычно используется водород. Приведенный выше расчет определяет максимальный допустимый процент находящейся в водороде воды. При температуре 600—700° К эта величина составляет 0,01% (что соответствует точке росы —40° С). [c.103]


    Операции химического травления широко применяются при изготовлении любых полупроводниковых приборов. Возможность употребления того или иного травителя связана со скоростью его взаимодействия с кристаллом. Травление, протекающее с чрезвычайно малой, или очень большой скоростью крайне неудобно и практически в производстве не применимо. [c.106]

    В технологии полупроводниковых приборов весьма широкое применение получил травитель, состоящий из смеси азотной и [c.112]

    При изготовлении полупроводниковых приборов химическое травление применяется для  [c.114]

    Предположим далее, что степень отклонения от термодинамического равновесия невелика, и величины Сд и Сд в формуле (117) близки к своим равновесным значениям. Заметим, что этот случай также является весьма распространенным и соответствует обычным режимам работы многих полупроводниковых приборов. [c.142]

    Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является контакт двух полупроводников с различной работой выхода электронов. При этом возможно использование одинаковых или различных по своей химической природе полупроводниковых материалов. Ниже мы рассматриваем только первый из указанных случаев. [c.171]

    С другой стороны, уровень обратных токов, вплоть до пробивных напряжений, определяется формулой (146) и тем меньше, чем больше концентрация основных носителей. Таким образом, условия, способствующие уменьшению обратных токов р—п перехода, уменьшают также значения пробивных напряжений и наоборот. Учитывая этот факт и вспоминая о влиянии скорости рекомбинации на свойства выпрямляющих контактов, можно сказать, что выбор материала для данного полупроводникового прибора зависит от предъявляемых к этому прибору требований. Так, например, для создания выпрямителей, работающих при высоких напряжениях, необходимо использовать высокоомный (т. е. с малой концентрацией основных носителей) материал. Наоборот, для обеспечения низких значений обратных токов выпрямителя следует использовать низкоомный материал с малой концентрацией неосновных носителей. [c.177]

    Поверхностный потенциал. Параметры большинства полупроводниковых приборов весьма существенно зависят от концентрации носителей заряда вблизи поверхности кристалла. Из сказанного ранее следует, что эта величина однозначно определяется величиной контактной разности потенциалов в слое пространственного заряда полупроводника и концентрацией носителей в объеме кристалла [см. формулу (149)]. Заметим теперь, что поверхностная концентрация носителей заряда может быть выражена только через один параметр [c.207]

    Быстрые состояния и скорость поверхностной рекомбинации. Принцип работы большинства полупроводниковых приборов основан на нарушении равновесия между концентрациями свободных электронов и дырок в объеме кристалла. Многие параметры этих приборов зависят от скорости восстановления равновесия, т. е. от скорости процессов генерации — рекомбинации или обратной [c.209]

    МЕТОДЫ СТАБИЛИЗАЦИИ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ [c.212]

    Полученный по этому способу кремний содержит 2—5% примесей. Необходимый для изготовления полупроводниковых приборов кремний высокой чистоты получают более сложным путем. Природный кремнезем переводят в такое соединение кремния, которое поддается глубокой очистке. Затем кремний выделяют из полученного чистого вещества термическим разложением илн действием восстановителя. Один из таких методов состоит в превращении кремнезема в хлорид кремния Si I4, очистке этого продукта и носстаповлении нз него кремния высокочистым цинком. Весьма чистый кремний можно получить также термическим разложением иодида кремния SII4 или силана SiH . Получающийся кремний содержит весьма мало примесей и пригоден для изготовления некоторых полупроводниковых приборов. Для получения еще более чистого продукта его подвергают дополнительной очистке, например, зонной плавке (см. 193). [c.508]

    Кадмий входит в состав некоторых сплавов, в частности подшипниковых. Небольшая добавка С(5 к меди сильно увеличивает ее прочность, а электропроводность при этом изменяется мало. Кадмиевые покрытия металлов применяют для защиты от коррозии. Сульфид Сё5 и селенид Сс15е (ярко-красный) — пигменты в лаках и красках. Кроме того, эти соединения и теллурид кадмия используют в полупроводниковых приборах. [c.599]

    Широко используют кадмий-никелевые аккумуляторы. Кадмий входит в состав некоторых сплавов, в частности полшмпниковьи. Небольшая добавка d к меди увеличивает ее прочность, а электропроводность при этом изменяется мало. Кадмиевые покрытия металлов обеспечивают защиту от коррозии. Сульфид dS и селенид dSe (ярко-красный) — пигментны в лаках и красках. Краме того, эти соединенна и теллурнд кадмия используют в полупроводниковых приборах. [c.566]

    С помощью метода МНПВО стало возможным изучение свойств тонких и сверхтонких диэлектрических слоев, выполняющих различные функции в производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем (маска при диффуз ии, пассивация пове зхности, прослойка в МДП-структурах и т. д.). [c.147]

    Тенденция замены металла керамикой становилась все более ощутимой. Появились указания на возмг)Жность ее использования в качестве основного материала штамповочного и режущего инструмента, деталей газовых турбин, нагревателей электропечей и даже полупроводниковых приборов. В этой связи произошло естественное отграничение классической керамики (кирпич, черепица, фарфор, фаянс) от той керамики, которую назвали технической и которая становилась экономически выгодной альтернативой металлу в машино- и приборостроении. [c.242]

    В годы второй мировой войны в связи с потребностями радиолокационной техники были разработаны детекторы из германия и кремния. Исследование этих полупроводниковых материалов привело американских ученых Бардина и Браттейна в 1948 г. к созданию транзистора, теория которого была разработана В. Шокли. С этого времени начинается промышленный выпуск многих типов полупроводниковых приборов и, в первую очередь, диодов,, усилительных триодов, мощных выпрямителей, индикаторов излучения, а также преобразователей световой и тепловой энергии в электрическую. За последние годы на основе полупроводников созданы магниточувствительные приборы, измерители механических деформаций, излучатели света и в том числе квантовые генераторы — лазеры, позволяющие получать направленный луч света высокой интенсивности. Одним из весьма перспективных направлений является использование полупроводников в качестве управляемых катализаторов химических реакций. [c.10]

    Если под полупроводниками подразумевать вещества, электропроводность которых существенно зависит от воздействия внешних факторов (температура, свет и т. д.), то можно считать, что большинство твердых тел, жидкостей и даже газов обладает свойствами полупроводников. Однако в производстве полупроводниковых приборов используется пока что ограниченное число материалов. Все они являются твердыми телами с электронной электропроводностью и имеют, как правило, кристаллическое строение. Поэтому в дальнейшем под понятием полупроводник будут подразумеваться только твердые тела, обладающие электронной электропроводностью, величина удельной проводимости ко-торых находится в пределах 10 —10  [c.11]

    Электролитическое травление кристаллов полупроводников. В технологии изготовления полупроводниковых приборов часто применяется электролитическое анодное травление. Смысл этого процесса заключается в электрохимическом окислении поверхности полупроводника, которое протекает по следующей реакции 40Н- — 4э = 40Н = 2Н2О + 20  [c.202]


Что такое полупроводник? Типы, примеры и применение

Здравствуйте, друзья! Надеюсь, у вас сегодня все хорошо. Сегодня мы рассмотрим подробный обзор полупроводников. Мы подробно обсудим примеры полупроводников, их применение, свойства полупроводников, компании, производящие полупроводники, наиболее часто используемые полупроводниковые материалы и т. Д.

После открытия электричества (заслуга Бенджамина Франклина) ученые разделили земные материалы на 3 основные категории, в зависимости от их электропроводности, под названием:

  1. Проводник : обладает способностью проводить электричество i.е. Медь, серебро, золото, алюминий и т. Д. .
  2. Изолятор : не пропускает электрические заряды через него, т.е. Пластик, стекло, резина, бумага и т. Д. .
  3. Полупроводник : это материал, свойства которого лежат между проводником и изолятором, т. Е. кремний, германий, арсенид галлия и т. Д. .

Давайте углубимся.

Что такое полупроводник?

  • Полупроводниковый материал определяется его способностью проводить электричество , а его свойства проводимости лежат на уровне между проводником и изолятором .
  • При определенных условиях полупроводники могут действовать как чистый проводник или как чистый изолятор .
  • Более того, полупроводники (после создания PN-перехода) могут также управлять направлением потока электрических зарядов , чего нельзя сказать о проводниках (поскольку они позволяют току течь в обоих направлениях).
  • Примеры полупроводниковых материалов — это кремний , германий, арсенид галлия и т. Д. , где кремний является наиболее часто используемым.
  • Арсенид галлия занимает второе место в списке лучших полупроводниковых материалов и используется в солнечных элементах , лазерных диодах, СВЧ интегральных схемах и т. Д.

Почему они ведут себя как полупроводники?

  • Чистые полупроводники обычно принадлежат 4-му столбцу периодической таблицы и, таким образом, имеют равное количество электронов и дырок в их балансовой оболочке (что равно 4).
  • Итак, в чистом виде нет свободных электронов или дырок , доступных для проводимости электричества , и, таким образом, они действуют как изолятор.
  • Посредством процесса, называемого Doping , в чистый полупроводниковый материал добавляется примесь, которая генерирует в нем либо свободный электрон, либо дырку , а полупроводниковый материал начинает действовать как проводник .
  • Повышение температуры на также может обеспечить достаточную энергию для носителей заряда , и они могут разорвать свои ковалентные связи и начать проводить (в чистых проводниках удельное сопротивление увеличивается с повышением температуры).

Для чего используются полупроводники?

Полупроводники произвели революцию в области электроники. Полупроводники используются для разработки электронных компонентов:

  • Наиболее часто используемым полупроводниковым компонентом является диод ., Который пропускает ток только в одном направлении и, таким образом, действует как односторонний электронный клапан .
  • После диода был изобретен транзистор , который используется для быстрого переключения или усиления тока.
  • Изобретение диода и транзистора открыло дверь в нанотехнологий , и были разработаны новые интегрированные чипы , то есть микроконтроллеры, ULN2003, CD4050 и т. Д. .
  • Все эти интегрированные микросхемы имеют встроенные полупроводниковые компоненты.

Говоря простыми словами, полупроводник принес автоматическое управление в электронных схемах , что невозможно с проводниками.

Типы полупроводников

Инженеры разделили полупроводники на два основных типа:

  1. Внутренние полупроводники .
  2. Внешние полупроводники .

Внутренние полупроводники

  • Полупроводники в чистом виде называются Внутренние полупроводники и практически не используются, поскольку они не являются ни хорошими проводниками, ни хорошими изоляторами.
  • В чистом виде валентная оболочка (из полупроводникового материала) несет равное количество дырок и электронов (кремний имеет 4 валентных электрона).

Внешние полупроводники

  • Примеси ( i.е. Бор, мышьяк, сурьма и т. Д. ) добавляются к чистым полупроводникам методом, называемым Doping , который увеличивает проводимость полупроводников на , и такие легированные полупроводники известны как Extrinsic Semiconductors . (Мы обсудим легирование в ближайшее время)

В зависимости от используемого легирующего материала, примесные полупроводники делятся на два типа:

  • Полупроводники N-типа .
  • Полупроводники P-типа .

Полупроводники N-типа

  • Когда пятивалентный материал (имеющий 5 валентных электронов) используется в качестве легирующего агента, четыре его электрона в валентной оболочке создают ковалентных связей с соседними атомами Si , в то время как 5-й электрон (пятивалентного элемента) становится свободным электроном . Такие внешние полупроводники называются полупроводниками N-типа .
  • В полупроводниках N-типа основных носителей заряда — это электроны (отрицательно заряженные).
  • Пятивалентными элементами, обычно используемыми в процессе легирования, являются сурьма, мышьяк, фосфор и т. Д.
  • Поскольку полупроводник принимает свободный выборщик, он обозначается как Acceptor , а пятивалентный элемент обозначается как Donor , поскольку он отдает свой электрон.

Полупроводники P-типа

  • Когда полупроводниковый материал легирован трехвалентным материалом (имеющим 3 валентных электрона) , трех валентных электронов (трехвалентного элемента) создает ковалентных связей с Si атомов около , но он не может предоставить 4-й электрон и, таким образом, создает дырку (положительно заряженную) , которая на самом деле является вакансией и ожидает присоединения электрона.Такие легированные полупроводники называются Полупроводники P-типа .
  • В полупроводниках P-типа основных носителей заряда являются дырками (положительно заряженными) .
  • Примеры трехвалентных элементов, используемых в процессе легирования: Бор, Галлий, Алюминий, Индий и т. Д.
  • Здесь трехвалентный элемент Acceptor , а полупроводник Donor .

Легирование полупроводников

  • Как мы обсуждали ранее, полупроводник в чистом виде действует как изолятор, поскольку он имеет равное количество электронов и дырок в своей внешней оболочке (называемой валентной оболочкой) .
  • Итак, чтобы создать проводящих свойств в полупроводниках , к ним добавляется строго контролируемое количество примесей (например, мышьяк, бор и т. Д.), И этот метод называется Doping .
  • Интенсивность проводящего поведения зависит от типа и количества добавленных примесей .
  • Обычно используются два типа примесных элементов, а именно:
    • Пятивалентный : Создает полупроводники N-типа.
    • Трехвалентный : создает полупроводники P-типа.

PN-переход в полупроводниках

  • Если полупроводниковый материал легирован как трехвалентными, так и пятивалентными примесями , то области P-типа и образуются в одном веществе.
  • В результате на границе этих двух областей создается специальный барьер, который останавливает поток носителей заряда и называется PN Junction .
  • Этот PN-переход сформировал основу первого полупроводникового компонента под названием Diode .
  • Различные варианты PN перехода привели к созданию других базовых компонентов , то есть транзистора, полевого транзистора, MOSFET и т. Д.

Теперь давайте взглянем на несколько примеров полупроводниковых материалов:

Полупроводниковые материалы

Там Доступно множество полупроводниковых материалов, некоторые из них следующие:

1.Группа IV Периодической таблицы

  • В современной нотации IUPAC она обозначается как Группа 14 Периодической таблицы , в то время как в полупроводниковом круге она все еще рассматривается как Группа IV .
  • Элементы группы IV являются наиболее часто используемыми полупроводниками, но немногие элементы этой группы имеют большие запрещенные зоны и, таким образом, действуют как изоляторы.
  • Полупроводники, представленные в этой группе: Углерод, Кремний, Германий, олово.

2.Составные полупроводники

  • Компаундные полупроводники разработаны путем химической комбинации двух различных элементов.
  • Составные полупроводники обычно конструируются с использованием элементов групп III и V периодической таблицы .
  • Несколько примеров сложных полупроводников: арсенид галлия, карбид кремния и т. Д.

3. Органические полупроводники

  • Органические полупроводники содержат полимерных структур , обычно состоящих из углерода или водорода .
  • Первым обнаруженным органическим полупроводником была соль Бехгаарда (TMTSF) 2 PF 6 в 1980 г. .

4. Жидкие / аморфные полупроводники

  • Обычно полупроводники доступны в твердом состоянии, но также обнаружено несколько жидких / аморфных полупроводников , т.е. гидрогенизированный аморфный кремний .
  • Некоторые оксиды и сплавы также демонстрируют поведение полупроводников.

Применение полупроводниковых материалов

В современном мире электроника (особенно встроенная) просто умрет, если мы удалим из нее полупроводниковые компоненты.Полупроводники находят применение почти во всех секторах электроники. Давайте посмотрим на несколько применений полупроводников :

1. Потребительские товары (электроника)

  • Мы не можем представить себе мир без электронных устройств (например, мобильных телефонов, ноутбуков, микроволновых печей, холодильников и т. Д. ).
  • Все эти устройства используют полупроводниковые компоненты (например, диод , транзистор, MOSFET, интегрированный чип и т. Д. ) в своих электронных блоках управления.

2. Встроенные системы

  • Микроконтроллеры / микропроцессоры произвели революцию в мире и считаются основой встраиваемых систем .
  • В эти встроенных контроллеров встроено нанотранзисторов (полупроводниковый компонент), действуют как интеллектуальные переключатели .
  • Итак, полупроводники также играют важную роль во встроенных системах.

3. Теплопроводность

  • Поскольку несколько полупроводников имеют высокую теплопроводность и, таким образом, используются в качестве охлаждающего агента в термоэлектрических устройствах .

4. Светоизлучающий диод

  • Вместо тепла несколько полупроводников также излучают свет и, таким образом, используются в светодиодах , OLED и т. Д.
  • Эти полупроводники обычно доступны в жидкой или аморфной форме и используются в качестве тонкой пленки с покрытием .

На сегодня все. Надеюсь, эта статья окажется для вас полезной. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете обратиться ко мне в разделе ниже. Я хотел бы помочь вам как можно лучше.Приглашаем вас оставить свои предложения в разделе комментариев ниже, они помогают нам создавать качественный контент. Спасибо, что прочитали этот пост. 🙂

Новые полупроводниковые технологии и приложения

Изменения — это не что-то новое в полупроводниковой промышленности. В соответствии с наблюдениями Гордона Мура 1965 года (теперь известными как закон Мура) количество транзисторов в интегральной схеме удваивается примерно каждые два года на протяжении более пятидесяти лет. Это постоянное технологическое развитие облегчило создание, казалось бы, бесконечного потока новых устройств, которые стали центральными в повседневной жизни в двадцать первом веке.Хотя можно легко принять изменения в области технологий как должное, недавние преобразования в отрасли, связанные с новыми полупроводниковыми технологиями и приложениями, заслуживают признания.

Полупроводниковая промышленность, похоже, находится на переломном этапе своей истории или близка к нему. Он сталкивается с двумя неоднородностями одновременно. Промышленность сталкивается с физическими ограничениями существующих полупроводниковых материалов и потенциальным концом закона Мура. В то же время новые приложения вызывают спрос на еще меньшие, более легкие и более мощные полупроводники.Хотя эти изменения, безусловно, могут поставить под угрозу стабильный темп работы отрасли, полупроводниковая промышленность адаптируется к новым вызовам и возможностям.

Как показано в Международной дорожной карте для устройств и систем (IRDS ™) издания 2020 г., новые полупроводниковые приложения сейчас стимулируют технологическое развитие и стимулируют решение проблем и инновации. В условиях нового спроса компании, производящие полупроводники, отвечают комбинацией More Moore, More than Moore и Beyond CMOS.Далее мы исследуем эти разработки в области полупроводниковых технологий, а также новые приложения, которые стимулируют трансформацию в отрасли.

Тенденции применения полупроводниковой техники

Полупроводники — широко распространенная, но часто не признаваемая особенность повседневной жизни в двадцать первом веке. Они являются важной частью бытовой электроники, такой как смартфоны и телевизоры. Но они также существуют в ряде других предметов, включая стиральные машины и холодильники, а также автомобили и самолеты.Из-за этого растущие требования ко всему, от более безопасных путешествий до более эффективного ведения домашнего хозяйства и более увлекательных развлечений, влияют на полупроводниковую промышленность.

Какое место занимает новая полупроводниковая технология в новой цифровой экосистеме?

Технологические достижения и интеграция технологий в новую цифровую экосистему оказали большое влияние на полупроводниковую промышленность. Спрос на интеграцию максимальной функциональности в системы на кристалле (SOC) вырос, увеличивая количество ядер интеллектуальной собственности (IP) полупроводников.

Кроме того, требования к высокопроизводительным системам памяти напрямую повлияли на IP полупроводниковой памяти. Рыночный спрос на более быстрые и эффективные решения для памяти стимулирует разработку все более сложных полупроводников, которые могут облегчить интенсивные операции с памятью. В целом зависимость от поставщиков IP-решений растет, что приводит к огромным инвестициям на рынок.

Исторически сложилось так, что сильные инвестиции — в сочетании с глобальным сотрудничеством — позволили разработать полупроводники в соответствии с законом Мура и способствовали устойчивому развитию отрасли.Дальнейшие инвестиции, вероятно, продолжат стимулировать рост отрасли. Ожидается, что в следующие пять лет, с 2020 по 2025 год, совокупный годовой темп роста рынка IP полупроводниковой памяти превысит 12 процентов.

Чем новая полупроводниковая технология отличается от более ранних технологий?

Транзисторы и интегральные схемы прошли долгий путь, чтобы достичь того, чем они являются сегодня. Они сыграли важную роль в развитии компьютерной индустрии.Но даже эта отрасль имеет более древнюю историю, чем многие думают.

Английский математик и изобретатель Чарльз Бэббидж создал первую машину (свою «Аналитическую машину»), которая содержала многие элементы современных компьютеров в 1837 году. Первый полностью электронный компьютер (электронный числовой интегратор и компьютер, или ENIAC), работающий от вакуума. труб, был представлен в 1946 году.

В следующем, 1947 году, группа ученых из Bell Laboratories создала первый транзистор.Транзисторы были намного меньше, легче, долговечнее и эффективнее электронных ламп. Их изобретение, за которым последовала разработка интегральной схемы в конце 1950-х годов, проложило путь революции в персональных компьютерах и возвышению Кремниевой долины.

В то время как индустрия персональных компьютеров в 1970-х и 1980-х годах была еще небольшой, большие компьютеры — даже со сложной техникой охлаждения — начали преодолевать пределы мощности ранних транзисторных технологий. Это открыло путь для интеграции технологии комплементарных металлооксидных полупроводников (CMOS).CMOS использует дополнительные и симметричные пары двух разных типов полевых транзисторов металл-оксид-полупроводник (MOSFET) — p-типа и n-типа. По сравнению с более ранними полупроводниковыми технологиями, КМОП-технология обладала преимуществами низкого энергопотребления и ограниченного количества отходящего тепла.

К середине 1990-х годов технология CMOS

облегчила разработку новых логических устройств и запоминающих устройств в персональной и коммерческой отраслях компьютерной индустрии. Однако через десять лет ограничения мощности снова стали проблемой.Это подтолкнуло отрасль к внедрению многоядерной обработки для повышения производительности вычислений.

В настоящее время инновации продолжают стимулировать появление новых полупроводниковых технологий. Чтобы достичь производительности, сопоставимой с предыдущими десятилетиями, отрасль начала отходить от прошлых архитектур и разрабатывать новые решения для решения настоящих и будущих проблем.

Куда движется будущее полупроводниковой промышленности?

Стремясь поддерживать стабильный уровень производительности, полупроводниковая промышленность использовала два ключевых типа методов, пытаясь преодолеть существующие ограничения для полупроводников: More Moore (PDF, 2 МБ) и More than Moore.

Другие методы Мура направлены на дальнейшее развитие КМОП-технологий, чтобы идти в ногу с масштабированием в соответствии с законом Мура. Требования к постоянному масштабированию и повышению производительности стали особенно важными на фоне спроса на новые приложения. Высокопроизводительные вычисления, мобильные вычисления, а также автономные измерения и вычисления являются движущими силами большего количества технологий Мура. Эти технологии нацелены на повышение производительности при постоянной мощности и стоимости.

В отличие от методов More Moore, методов More than Moore, которые направлены на улучшение использования существующих полупроводников, не обязательно соответствуют закону Мура.Но новые требования и приложения также стимулируют эти решения. Например, интеграция новых нецифровых функций в персональные электронные системы стимулирует создание решений More than Moore. Мы можем видеть примеры этих решений в миниатюрных модулях камер, датчиках движения, биометрической идентификации и системах мониторинга здоровья. Будущие разработки в области нано- и биотехнологий также, вероятно, продолжат стимулировать развитие технологий и продуктов More than Moore.

С учетом этих разработок будущее полупроводниковой промышленности находится за пределами КМОП.Beyond CMOS относится к технологиям цифровой логики, которые превосходят существующие ограничения масштабирования CMOS. Другие методы Мура уже расширили текущие пределы масштабирования CMOS на порядок по размеру элемента и на два порядка по скорости. Но технология Beyond CMOS сейчас продвигается еще дальше, чтобы достичь большего, чем Moore.

Ключевой целью исследований и разработок Beyond CMOS является замена широко используемых технологий статической памяти с произвольным доступом и флэш-памяти новыми технологиями энергозависимой и энергонезависимой памяти.Исследователи надеются удовлетворить спрос на запоминающие устройства с электронным доступом, которые отличаются высокой скоростью работы, высокой плотностью, низким энергопотреблением и возможностью встраивания.

В настоящее время технология Beyond CMOS используется в нескольких нишевых приложениях. Но большая часть технологий Beyond CMOS существует больше в сфере возможностей, чем в реальности. Вероятно, пройдет некоторое время, прежде чем эта технология будет интегрирована в устройства, доступные широкой публике. Однако важно то, что исследователи работают над новыми интересными возможностями для удовлетворения требований рынка.

Узнайте больше о новых полупроводниковых технологиях и приложениях в дорожной карте IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Достижения в области полупроводниковых технологий и приложений

Рост числа конструкторских бюро и литейных цехов полностью изменил бизнес полупроводниковой промышленности за последние пятнадцать лет. При производстве без фабрики специализированные производители производят полупроводниковые устройства, в то время как системные интеграторы сохраняют контроль над бизнес-моделью и дизайном полупроводниковых микросхем.

Эта специализация позволяет системным интеграторам устанавливать системные требования для новых продуктов в начале цикла проектирования. Производители полупроводников, в свою очередь, удовлетворяют требования, вытекающие из этих системных требований, и проходят по производственной цепочке изготовления.

В прошлом создание более новой, более быстрой интегральной схемы инициировало разработку новых персональных компьютеров. Но сегодня отношения между новыми устройствами и полупроводниковыми технологиями полностью изменились: дизайн новых смартфонов запускает создание новых полупроводниковых устройств.

Эти недавние преобразования являются частью более широкого сдвига в отрасли. Индустрия уходит от монокультуры к большему разнообразию и инновациям. Это обещает устранить некоторые досадные последствия предыдущего развития отрасли. А именно, этот сдвиг обращает вспять архитектуру и отраслевую консолидацию, которая ограничивала участие отрасли и инновации и вызывала небезопасность в отрасли в прошлом.

Какие новые технологии улучшат полупроводниковую промышленность?

Быстрое развитие смартфонов, компьютеров и другой электроники привело к значительному уменьшению физических размеров устройств.Это, в свою очередь, требует постоянного совершенствования полупроводниковой промышленности. Как мы отметили выше, полупроводниковая технология развивалась десятилетиями в соответствии с законом Мура. Тем не менее, отрасль, похоже, также приближается к пределу миниатюризации с помощью существующих технологий.

Эти ограничения привели к инновациям с новыми материалами, которые дополняют существующую технологию CMOS и позволяют добиться большего Мура. Например, графен и родственные ему двумерные (2-D) материалы имеют большой потенциал для преодоления ограничений кремниевой технологии.Таким образом, они дают надежду на улучшение как функций компонентов устройства, так и производительности в вычислительных и не вычислительных приложениях.

Интеграция двухмерных материалов с кремниевой технологией в вычислительных системах может уменьшить проблемы, связанные с легированием, контактным сопротивлением и диэлектриками / герметизацией. В сфере некомпьютерных приложений эти материалы могут быть интегрированы в будущие камеры, маломощные оптические устройства передачи данных, а также газовые датчики и биосенсоры.

Составные полупроводники, которые объединяют два или более химических элемента, также находятся в авангарде развития полупроводниковых технологий. Компании заинтересованы в сложных полупроводниках, изготовленных из таких химических веществ, как нитрид галлия или арсенид галлия, например, из-за того, как они работают по сравнению с кремнием.

Составные полупроводники могут работать на более высоких частотах и ​​температурах, а также более эффективно излучать и обнаруживать свет. Как таковые, они имеют большую потенциальную ценность для приложений, связанных с силовой электроникой, радиочастотной связью, такой как Wi-Fi, и фотоникой, такой как солнечные элементы.

Что привело к недавним достижениям в полупроводниковых технологиях и приложениях?

Как указывалось выше, последние достижения в области полупроводниковых технологий в значительной степени обусловлены спросом. По мере роста спроса на новые возможности исследователи и ученые всего мира должны были обратиться к новой технологии Beyond CMOS.

Недавние достижения Beyond CMOS также стали возможными благодаря согласованию внешних технологических достижений и инноваций, а также специализации внутри отрасли.Исследования методов «Больше Мура» и «Больше, чем Мур» во многом предшествовали нынешней потребности в более новых, более совершенных технологиях.

Некоторые компании сыграли ключевую роль в продвижении новых полупроводниковых технологий. Intel, например, создала магнитоэлектрическое устройство спин-орбитальной логики. Это устройство способно снизить напряжение в пять раз, а энергию в десять-тридцать раз больше текущего уровня. Исследовательские институты, такие как Калифорнийский институт наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, также сыграли свою роль в подготовке к будущему с технологией Beyond CMOS, прилагая усилия по созданию более гибких и масштабируемых электронных устройств.

Как полупроводники способствовали развитию электроники?

Недавно технология Beyond CMOS привела к значительным достижениям в криогенной электронике. Это электроника, необходимая для работы при температурах ниже четырех градусов Кельвина. Криогенные технологии могут применяться для улучшения датчиков, обработки сигналов и мультимедиа, а также цифровых и квантовых вычислений.

В ближайшем будущем полупроводники также могут сыграть значительную роль в достижениях электроники в области медицины.Новые датчики для мониторинга активности мозга, новые системы для доставки лекарств и мониторинга физических упражнений, а также новые сети связи для передачи данных между пациентами и врачами будут зависеть от полупроводников.

Узнайте больше о новых полупроводниковых технологиях и приложениях в дорожной карте IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Прогнозируемые разработки в области полупроводниковых технологий и приложений

Хотя изменения исторически были определяющей чертой полупроводниковой промышленности, постоянные изменения могут создавать проблемы.Быстро развивающиеся технологии и соответствующий спрос могут оставить отрасли в затруднительном положении.

Как мы уже говорили выше, полупроводниковая промышленность решила эти проблемы с помощью решений More Moore и More than Moore. Эти разработки помогли оживить рынок полупроводников. Многие другие группы выходят на рынок со стороны предложения, чтобы удовлетворить спрос на инновации. В то время как крупные вертикально интегрированные продавцы ранее доминировали на рынке полупроводников, он постепенно превращается в рынок покупателя.

Как сейчас обстоят дела в индустрии полупроводниковых технологий и приложений?

На фоне этой широкой трансформации полупроводниковая промышленность была вынуждена бороться с недавним периодом спада. 2019 год не был благоприятным для отрасли. Частично это произошло из-за торговой войны между США и Китаем, которая угрожала нарушить существующие сети цепочек поставок полупроводников.

В ответ на торговую войну Дэвид Френч, председатель Silicon Power Technology, отметил, что потребление полупроводников в Китае составляет от 40 до 50 процентов мировых поставок, и заявил: «Это число будет расти независимо от того, будем мы продавать им или нет. .”

В то время как Френч предположил, что Китай может использовать свои собственные технологии для замены полупроводников, закупаемых в Соединенных Штатах, другие отраслевые эксперты предсказывали отраслевые проблемы. Независимо от фактического исхода торговой войны, неопределенность и риски, связанные с торговой войной, создали трудности для полупроводниковой промышленности.

Тем не менее, отрасль готова к восстановлению и уверенному росту в 2020 году и в последующий период. Поскольку технологии продолжают быстро развиваться, полупроводниковая промышленность планирует последовать их примеру; Согласно прогнозам, общий объем продаж в отрасли достигнет 66 долларов.8 миллиардов долларов к 2021 году.

Каким образом можно улучшить новые полупроводниковые технологии и приложения?

Технологические инновации станут ключом к восстановлению и росту полупроводниковой промышленности в ближайшем будущем. Свидетельства таких инноваций можно увидеть в новом подходе к быстрой разработке мощных процессоров с помощью новых микросхем. Этот подход является частью плана полупроводниковой промышленности, позволяющего системам продолжать улучшать производительность с помощью решений More than Moore до существующих ограничений масштабирования.

Чиплеты — это небольшие кристаллы, которые предназначены для интеграции друг с другом посредством интеграции на уровне пакетов. Сторонники чиплетов предполагают, что они будут способствовать большей специализации системы и более высокой доходности. В отрасли, уже трансформировавшейся из-за отсутствия фабрики, небольшие специализированные чиплеты, предназначенные для объединения с универсальным процессором, и другие специализированные чиплеты могут стать конечной целью конечного продукта.

В настоящее время Intel разрабатывает и соединяет чиплеты с помощью Embedded Multidie Interconnect Bridge (EMIB), который функционирует как мост высокой плотности, соединяющий два чиплета вместе.Компания использует EMIB для создания лучших в своем классе продуктов со значительными улучшениями в форм-факторе и размере. Такие улучшения, вероятно, окажутся критически важными для удовлетворения спроса на новые устройства меньшего размера.

Что ждет новые полупроводниковые технологии и приложения?

Прогресс в области искусственного интеллекта (более подробно обсуждается ниже) создает новый спрос на полупроводники и, следовательно, новый рост отрасли и инновации. Однако в будущем также есть возможности для новых интересных применений полупроводниковой технологии в существующих отраслях промышленности.

Развитие технологии беспроводной сотовой связи пятого поколения (5G), например, предвещает новые области применения полупроводников в отрасли связи. Быстро растущий спрос на игровые приставки и телевизоры с высококачественным потоковым видео также приведет к увеличению спроса на полупроводники.

Какие развивающиеся отрасли используют полупроводники?

Поскольку потребности рынка стимулируют создание новых полупроводниковых устройств, новые технологии и приложения обещают оказать большое влияние на полупроводниковую промышленность.AI, например, обещает стимулировать значительное расширение полупроводниковой промышленности из-за высокого спроса.

Большая часть этого спроса, вероятно, будет связана с автомобильным рынком, который, как ожидается, будет расти быстрее всего в секторе ИИ до 2022 года. Автономные транспортные средства или автомобили с автономным управлением оснащены датчиками, которые позволяют им «видеть» окружающий мир. их.

Беспилотные автомобили уже сегодня на дорогах, и они, вероятно, сыграют разрушительную роль не только в личном транспорте, но и во многих других отраслях.В ближайшие годы мы станем свидетелями огромного всплеска спроса на полупроводники, адаптированные для искусственного интеллекта, поскольку возможности подключения, измерения и мгновенные вычисления станут все более важными для повседневных устройств.

Полупроводники уже играют заметную роль в технологиях, которые люди используют каждый день. И поскольку технологии продолжают расширяться и трансформироваться быстрыми темпами, особенно через Интернет вещей, полупроводники обещают последовать за ними. Хотя изменения не являются чем-то новым для этой отрасли, грядущие технологические разработки обещают что-то новое и захватывающее для полупроводников в будущем.

Хотите узнать больше о текущем и будущем состоянии полупроводниковой промышленности? Рекомендуем прочитать Международный план развития устройств и систем (IRDS ™). IRDS ™ — это набор прогнозов, которые исследуют будущее электроники, полупроводников и компьютерной индустрии на пятнадцатилетний горизонт. Он охватывает ряд критических областей и технологий, от приложений до устройств и производства. Присоединяйтесь к техническому сообществу IRDS ™, чтобы загрузить дорожную карту и быть в курсе наших последних мероприятий.

Как загрузить IRDS ™

Получите доступ к дорожной карте IRDS ™

Применение полупроводников в повседневной жизни и в промышленности — pnpntransistor

Полупроводники присутствуют практически во всей современной электронике. Фактически, теперь вы читаете эту статью о мобильном телефоне или компьютере, полупроводники также включены в ваш мобильный телефон или компьютер.

Сегодня здесь мы знаем все применения полупроводников в повседневной жизни или применения полупроводников в электронике.Можете ли вы представить свою жизнь без смартфонов, компьютера, интернета, телевидения? За меня и большинство из вас говорит — Нет !!!!!. Без полупроводников наша жизнь была бы совсем другой. Вся электроника сделана с использованием некоторых полупроводниковых приборов. Полупроводники есть почти повсюду вокруг нас.

Полупроводники — это материал, о котором говорится в названии. Точное среднее состояние между проводниками и изоляторами. Он имеет некоторые свойства, такие как проводники, и некоторые свойства, такие как изоляторы. Кремний, германий, арсенид галлия — примеры полупроводниковых материалов.Полупроводники имеют меньшую проводимость, чем проводники, и более высокую проводимость, чем изоляторы. вы можете подробно изучить свойства полупроводника, которые мы видели ранее.

Полупроводники обычно бывают двух типов: полупроводники p-типа и полупроводники N-типа. Из полупроводникового материала p-типа и n-типа делают многие устройства, такие как диоды, транзисторы, MOSFET, JFET, UJT и другие.

Существует приличное количество применений полупроводников в повседневной жизни, которые мы не можем описать, но здесь я собираю некоторые из повседневных применений полупроводников, которыми я собираюсь поделиться с вами.

Применение полупроводников в повседневной жизни

⇒⇒ Полупроводники используются в солнечной технике

⇒⇒ Используется в машинах для 3D-печати

⇒⇒ Температурные датчики, которые используются в кондиционерах, изготовлены из полупроводниковых приборов.

⇒⇒ Рисоварка отлично готовит благодаря точному контролю температуры полупроводника.

⇒⇒ Полупроводники играют центральную роль в работе банковских банкоматов, поездов, Интернета, связи и других частей социальной инфраструктуры, таких как медицинская сеть, используемая, среди прочего, для ухода за пожилыми людьми.

⇒⇒ Используется в беспилотных автомобилях

⇒⇒ Полупроводниковые приборы используются в компьютерах, калькуляторах, солнечных батареях и других электронных устройствах.

⇒⇒ Полупроводниковые приборы используются в микрочипах, которые используются в наших электронных устройствах, таких как компьютеры, мобильные устройства и т. Д. Все типы транзисторов используются в строительных блоках логических вентилей. Транзистор и полевой МОП-транзистор используются в качестве переключателя в большинстве электрических схем. Этот транзистор и MOSFET построены с использованием полупроводников.Транзистор и MOSFET состоят из полупроводников p-типа и n-типа.

Познакомившись с повседневным использованием полупроводников, мы понимаем, почему полупроводники используются в повседневной жизни.

Почему используются полупроводники?

Если я хочу дать короткий и приятный ответ, тогда используются полупроводники, потому что мы можем легко контролировать проводимость полупроводников. Изменить проводимость проводника и изоляторов непросто. Мы можем изменить проводимость полупроводникового материала путем легирования.

При легировании фосфором в кремниевый полупроводник он становится полупроводником n-типа, а при легировании бора в кремниевый полупроводник он становится полупроводником p-типа. Благодаря легированию мы можем увеличить проводимость полупроводникового материала.

Надеюсь, теперь вы понимаете, почему полупроводники используются вместо проводников и полупроводников.

Преимущества полупроводников

Вот некоторые преимущества полупроводников, которые делают их полезными в нашей повседневной жизни.:

⇒⇒ Полупроводники не требуют нагрева нити накала, поэтому полупроводниковые устройства, такие как транзисторы, используются почти во всех применениях электронных ламп. Из-за нити накала вакуумной трубке для работы требуется тепло.

⇒⇒ Полупроводниковые приборы — это твердотельные приборы. Так что они противоударные.

⇒⇒ Полупроводниковые приборы настолько малы, что их легко переносить.

⇒⇒ Стоимость меньше, чем у вакуумной лампы.

⇒⇒ Полупроводниковым приборам для работы требуется меньшая входная мощность.

⇒⇒ В период эксплуатации не издает шума. Таким образом, мы видим, что полупроводниковые устройства не имеют шума.

⇒⇒ Полупроводниковые материалы имеют более длительный срок службы. У них почти неограниченная жизнь.

Применение полупроводников в промышленности

День за днем ​​с ростом технологий требования к полупроводникам также будут улучшаться. В соответствии с требованиями отрасли в настоящее время обнаруживается много новых устройств с помощью полупроводниковых материалов.Без транзисторов и интегральных схем наша современная жизнь была бы очень сложной.

Свойства полупроводниковых материалов делают возможными многочисленные чудеса техники, включая транзисторы, микрочипы, солнечные элементы и светодиодные дисплеи. С помощью микропроцессора мы можем контролировать работу автомобилей, поездов и космических аппаратов. Микропроцессор состоит из множества транзисторов и других управляющих устройств, состоящих из полупроводникового материала.

Материалы для полупроводниковых приборов

Согласно вышесказанному, мы видим кремний.Германий и арсенид галлия являются примером полупроводникового материала. Кремний (Si) — наиболее широко используемый полупроводниковый материал. У него более низкая стоимость сырья и относительно простой процесс. Его полезный температурный диапазон делает его в настоящее время лучшим компромиссом среди различных конкурирующих материалов. Кремний, используемый в производстве полупроводниковых приборов, в настоящее время изготавливается в виде чаш, достаточно больших в диаметре, чтобы можно было изготавливать пластины диаметром 300 мм (12 дюймов).

Германий (Ge) в прошлом был широко используемым полупроводниковым материалом.Современные кремниевые полупроводники используются в большинстве приложений. Термочувствительность германия сравнительно невысока, чем у кремниевого полупроводника. Итак, кремний будет первым предпочтительным полупроводником.

Арсенид галлия (GaAs) также является полупроводниковым устройством, которое широко используется в высокоскоростных устройствах. Этот полупроводник дороже других полупроводников.

Какие устройства сделаны из полупроводников?

Полупроводники используются для создания чрезвычайно компактных электронных устройств, с помощью которых возможна эволюция современной электроники.Полупроводники состоят из двух выводов, трех выводов и четырех оконечных устройств.

Два оконечных устройства

  • Диод — состоит из двух полупроводников. Сделано с p-n переходом. Диод пропускает через него ток только тогда, когда он находится в прямом смещении. Диоды используются в выпрямительных схемах, которые преобразуют переменный ток в постоянный ток
  • .
  • диод Ганна
  • IMPATT диод
  • Лазерный диод
  • Стабилитрон
  • диод Шоттки
  • PIN диод
  • Туннельный диод
  • Светодиод (LED)
  • Фототранзистор
  • Фотоэлемент
  • Солнечная батарея
  • Диод подавления переходных процессов
  • VCSEL

Аппараты трехполюсные

  • Транзистор биполярный — Транзистор представляет собой трехконтактное устройство.База, коллектор и эмиттер. Транзисторы используются в коммутационных устройствах и в качестве усилителя.
  • Транзистор полевой
  • Транзистор Дарлингтона
  • БТИЗ
  • Транзистор однопереходный
  • Кремниевый выпрямитель
  • Тиристор
  • TRIAC

Аппараты четырехконтактные

  • Оптопара (оптрон)
  • Датчик Холла (датчик магнитного поля)

вывод

здесь мы знаем почти все применения полупроводников в повседневной жизни.Мы перечислили все области применения и применения полупроводников выше. Мы видели, что полупроводники встречаются повсюду в нашей жизни или в промышленности. Полупроводниковые устройства, такие как транзисторы, полевые МОП-транзисторы и т. Д., Чрезвычайно широко используются для создания электрических цепей меньшего размера. Если у вас есть какие-либо вопросы , связанные с этой статьей, пожалуйста, прокомментируйте их ниже.

Продолжить чтение

Phononic Semiconductor Applications — Phononic

Полупроводник — это материал, значение электропроводности которого находится между проводником и изолятором.Проводник — это материал, который очень легко пропускает электрический ток (в первую очередь, металлы, такие как золото), а изолятор — это материал, который не пропускает электрический ток (например, стекло или резина). Полупроводники лежат в основе большинства современных технологий — по крайней мере, всего, что компьютеризировано или использует радиоволны, — включая микропроцессорные микросхемы.

Полупроводниковые устройства — это электрические компоненты, в которых используются свойства полупроводниковых материалов. Они могут обладать рядом рабочих характеристик, таких как светочувствительность или тепловая чувствительность, а также способность пропускать ток в одном направлении с большей легкостью, чем в другом.Простейший полупроводниковый прибор — диод.

Твердотельные средства Полупроводники

Термин «твердотельный», получивший распространение в 1960-х годах, является синонимом полупроводниковой электроники (определяется как оборудование, в котором используются полупроводниковые устройства, такие как диоды или транзисторы). Первоначально он использовался для дифференциации полупроводников, которые перемещают электричество в «твердом состоянии», от более старых электронных ламп, которые перемещали электричество в газообразном состоянии.

Сегодня твердотельные устройства также обычно относятся к приложениям, в которых используются полупроводниковые устройства для устранения механических или движущихся частей, таких как замена вращающихся дисков устаревших жестких дисков.

Приложения для фононики и полупроводников

Phononic — новатор в области твердотельного охлаждения. Мы используем полупроводниковые чипы для охлаждения, а не механические компрессоры традиционных систем охлаждения и замораживания. Применяя этот уникальный подход, мы смогли разработать линейку холодильников и морозильников, которые обеспечивают стабильность температуры и контроль, который намного превосходит традиционные альтернативы. Наши решения также обеспечивают более низкое энергопотребление и превосходную долговечность по сравнению с холодильниками на базе компрессора.

Что касается компонентов, Phononic проектирует и разрабатывает ТЕС (термоэлектрические охладители), которые представляют собой небольшие полупроводниковые устройства, которые используются для охлаждения мощных лазерных диодов внутри лазерных корпусов, используемых в волоконно-оптических сетевых кабелях. Наши TEC предлагают до 30% меньше энергопотребления и до 60% лучшую плотность теплового насоса, чем альтернативы, в очень маленьком форм-факторе.

применений дейтерия в полупроводниках | Isowater® Corp

Как газообразный дейтерий используется в полупроводниках?

Газообразный дейтерий (2h3; D2) используется в производстве кремниевых полупроводников и микрочипов, которые обычно используются в печатных платах, в процессе обмена дейтерия и протия.Отжиг дейтерия заменяет атомы протия дейтерием, предотвращая ухудшение схемы микросхемы из-за химической эрозии и эффекта горячего носителя. Этот процесс значительно продлевает и улучшает жизненный цикл полупроводников и микрочипов, позволяя сделать их меньше и иметь высокую плотность схемы (микросхемы с высокой плотностью).

Что такое «эффект горячего носителя»?

Эффект горячего носителя относится к ухудшению качества или нестабильности, вызванному инжекцией горячего носителя, что в конечном итоге снижает срок службы микросхемы.Эта проблема с инжекцией горячих носителей возникает, когда электрон набирает достаточно кинетической энергии для преодоления электрического потенциального барьера и выхода из состояния границы раздела. После этого они обычно попадают в связь Si-H и в процессе ее разрывают. По мере того как эти связи разрываются внутри транзисторов в полупроводнике, микросхема медленно начинает разрушаться, пока не перестанет работать. Не существует точной точки, в которой эффект горячего носителя начинает проявляться в полупроводниках, он скорее является случайным.

Эффекты деградации, связанные с эффектом горячего носителя, по существу, устанавливают предел срока службы транзистора и, следовательно, должны контролироваться как можно лучше, чтобы максимизировать срок службы устройства. Решение, помогающее уменьшить некоторые эффекты разложения, состоит в использовании дейтерия в процессе отжига.

Что такое полупроводники?

Полупроводники, в простейшем смысле, — это материалы, проводимость которых меньше, чем у проводника (то есть меди), но больше, чем у изолятора (т.е. стакан).

Самым популярным материалом, используемым в интегральных схемах, таких как полупроводники, является кремний, реже — галлий, арсенид, карбид кремния и германий. Однако обычно используемый кремний в чистом виде не обладает способностью хорошо работать с электричеством, поэтому сначала он должен пройти процесс «легирования».

Что такое легирование полупроводников?

Слово «легирование» относится к процессу целенаправленного введения других элементов (примесей) в чистый кристалл для изменения электрических свойств материала.В зависимости от назначения и конечного использования полупроводника уровень легирования и химический состав, с которым он используется, различаются. Однако обычно легирование выполняется бором или фосфором, поскольку они являются элементами с одним меньшим и одним избыточным валентным электроном по сравнению с четырьмя валентными электронами кремния. В зависимости от процесса легирования, легирование кремнием дает два возможных результата: N-тип и P-тип; каждый из которых придает полупроводникам особые свойства.

Краткая история полупроводников

Эффект полупроводника был впервые задокументирован в 1833 году, когда британский физик Майкл Фарадей заметил, что электрическое сопротивление сульфида серебра уменьшается с понижением температуры.Позже, в 1874 году, произошел следующий большой прорыв, когда британский физик Артур Шустер наблюдал процесс выпрямления в своей схеме из медных проводов. Однако только в 1929 году немецкий физик Вальтер Шоттки смог подтвердить теорию о существовании «полупроводникового эффекта» во время своего эксперимента металл-полупроводник.

В 1876 году Уильям Гриллс Адамс и Ричард Эванс Дэй обнаружили, что, зажигая соединение между платиной и селеном, направление электрического тока может измениться.Это открытие привело к созданию первого в мире солнечного элемента в 1883 году Чарльзом Фриттсом, который в то время неосознанно применил «эффект полупроводника».

В 21 веке американские физики Джон Бардин и Уолтер Браттейн разработали первый полупроводниковый транзистор в 1947 году. Сегодня транзистор является основой практически всех современных технологий. Это компонент, который позволяет функционировать практически всем технологиям, ведь каждый произведенный сегодня компьютер имеет внутри миллиарды.

Преимущества использования дейтерия в полупроводниках

Использование дейтерия в полупроводниках вместо протия (распространенного изотопа водорода) дает ряд преимуществ. Во-первых, связь Si-D имеет гораздо меньшее время колебательной релаксации, чем традиционная связь Si-H. Это означает, что соединение приближается к точке колебательного равновесия намного быстрее. Причина этого была приписана квантовому взаимодействию со связью Si-Si глубоко в кристалле кремния.В целом это приводит к значительно большему сроку службы устройств, легированных D, по сравнению с устройствами, легированными водородом.

Исследования показали, что между дейтерием и кремнием существует необычная степень синхронности. Это означает, что эти два элемента соединяются очень хорошо, очень быстро и очень прочно; все они подходят для производства и использования полупроводниковых чипов и микрочипов.

Было обнаружено, что дейтерий снижает серьезность эффектов горячего носителя, которые действуют на полупроводники, при одновременном уменьшении индуцированных напряжением токов утечки.Как эффект горячего носителя, так и токи утечки, вызванные напряжением, существенно влияют на срок службы полупроводника и, как правило, являются основными причинами неисправности в микросхеме.

Чтобы заказать продукты на основе дейтерия для электронных приложений, свяжитесь с нашей командой по телефону [электронная почта защищена].

3 Применение полупроводников нового поколения на основе SiC в автомобилестроении

Полупроводники из карбида кремния стали популярны, поскольку все большее число инженеров предпочитают их полупроводникам, изготовленным из кремния ранее.

Полупроводники из карбида кремния (SiC) в последнее время стали популярными, поскольку все большее число инженеров предпочитают их предыдущим полупроводникам, изготовленным из кремния. Они могут выдерживать более высокие уровни напряжения и температуры, чем кремниевые полупроводники.

Обе эти и другие характеристики делают их привлекательными для использования в автомобильном секторе. Эти полупроводники обладают преимуществами, которые ценят как производители, так и владельцы автомобилей, такие как более быстрая зарядка аккумулятора и лучшая энергоэффективность.Вот три примера впечатляющего прогресса в этом секторе:

1. Меньшее тепловыделение при более высоких частотах переключения

Одно из убедительных применений этих полупроводников включает обеспечение более высоких частот переключения для силовой электроники, которые в совокупности служат «центрами управления» для электрических и гибридных транспортных средств. Начиная с июня 2018 года, Bosch планировал построить крупное предприятие по производству полупроводников SiC. Процесс бренда включает создание химической связи путем введения дополнительных атомов углерода в кристаллическую структуру сверхчистого кремния.

Превращение дисков из карбида кремния в стружку требует сложных производственных процессов, которые могут длиться до 14 недель. Компания Bosch не предоставила дополнительной информации об этих шагах, но подчеркнула преимущества их выполнения. Такой подход приводит к сокращению потерь энергии в виде тепла на 50%. Такой результат приводит к более эффективной силовой электронике и энергии для электродвигателя, а это означает, что драйверы получают более широкий диапазон.

Полупроводники

SiC также имеют лучшую электропроводность по сравнению с полупроводниками из кремния.Это преимущество обеспечивает более высокую частоту переключения, связанную с производительностью силовой электроники. Повышенная коммутационная способность позволяет использовать вспомогательные компоненты меньшего размера, такие как катушки индуктивности и трансформаторы.

Более того, минимальное тепловыделение, обеспечиваемое полупроводниками SiC, позволяет инженерам тратить меньше средств на дорогостоящие опции для охлаждения силовых агрегатов. Это преимущество сокращает габариты автомобиля и его вес, а также сохраняет хрупкую электронику в рекомендованном температурном диапазоне для обеспечения хорошей производительности и увеличения срока службы.

2. Сниженное потребление силовых компонентов, плюс большая миниатюризация Полупроводники

SiC также помогают автомобильным инженерам сократить сокращение, связанное с переключением мощности, и минимизировать общее энергопотребление. Соответственно, эти компоненты позволяют делать системы охлаждения и периферийные компоненты меньше и проще.

В одном из недавних примеров компания Mitsubishi Electric выпустила полупроводниковый металлооксидный полупроводниковый полевой транзистор (MOSFET), изготовленный с использованием технологии N-канального легирования переходного полевого транзистора (JFET).Этот подход требует добавления донорных примесей для достижения отрицательного тока потока электронов. Полевые транзисторы с N-каналом имеют большую проводимость канала и меньшее сопротивление, чем их аналоги с P-каналом.

Mitsubishi заявила, что такая конструкция привела к сокращению потребления систем питания на 85% по сравнению с результатами, достигнутыми с использованием обычных полупроводниковых транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Кроме того, сопутствующее снижение потерь мощности, связанных с переключением, позволяет инженерам уменьшить и упростить системы охлаждения и периферийные компоненты.Делая их миниатюрными и более простыми, уменьшаются связанные с ними размеры и затраты.

3. Быстрая зарядка, меньше беспокойства о дальности действия

Многие люди, проявляющие интерес к электромобилям, все еще беспокоятся о том, что у этих автомобилей может быть недостаточно большой запас хода для их типичных путешествий. Еще одна проблема — время, необходимое для полной зарядки этих автомобилей. Недавно разработанный инвертор, оснащенный полупроводниками SiC, обещает вдвое сократить время, необходимое для зарядки электромобиля.Кроме того, эти новые инверторы имеют в два раза больше напряжения, чем у предыдущей модели, что дает им больше мощности.

В рамках партнерства между Delphi Technologies и Cree используются первые инверторы компании в сочетании с SiC MOSFET-транзисторами Cree. Инверторы оснащены запатентованным выключателем питания с двусторонней конструкцией теплопроводящего охлаждения. Он снижает общую температуру силового модуля, обеспечивая при этом более высокую выходную мощность для поддержки большего диапазона для гибридных и полностью электрических автомобилей. Эти инверторы также на 40% легче и на 30% компактнее, чем модели конкурентов.

Генеральный директор

Delphi Technologies отметил, что возможности более быстрого переключения SiC позволяют создавать более быстрые, легкие и меньшие двигатели для автомобилей будущего. Кроме того, удвоение напряжения обеспечивает большую гибкость в таких функциях, как меньшие и менее дорогие силовые кабели или лучший сбор кинетической энергии во время торможения. Более того, поскольку переключатель питания инвертора входит в тот же корпус инвертора, что и ранее доступный кремниевый переключатель, инженерные расходы снижаются.

Перспективный, но несовершенный вариант

Некоторые из этих разработок находятся на начальной стадии.Это означает, что инженеры могут столкнуться с неожиданными ловушками, такими как проблемы с доступностью подложки SiC или затраты, ограничивающие масштабируемость массового производства.

Более того, большинство современных полупроводников SiC находятся внутри кристалла или в проволочной упаковке, предназначенной для низкочастотных цепей. Они хорошо работали с кремнием, но более высокие частоты этих новых вариантов ограничивают потенциал SiC из-за паразитной емкости и индуктивности. Таким образом, если автомобильные бренды будут стремиться к повсеместному внедрению полупроводников SiC, это решение может потребовать обширного переоборудования производственных мощностей.

Тем не менее, уже выявленные преимущества, связанные с упомянутыми здесь полупроводниками SiC, возможно, впечатляют. Они могут открыть новые возможности для автомобильных инженеров, делая будущие модели автомобилей более привлекательными для разборчивых потребителей. Кроме того, по прогнозам, рентабельность производителей увеличится на 75%, поэтому обновление полупроводниковых технологий может помочь в этом росте.

Чтобы добиться успеха в качестве инженера, необходимо сохранять умение решать проблемы. Люди, работающие над автомобильными инновациями с использованием улучшенных полупроводников, несомненно, столкнутся с препятствиями, но их преодоление может привести к новой мудрости и лучшему дизайну автомобилей будущего.


Шеннон Флинн — технологический блоггер, который пишет о тенденциях в области ИИ и ИТ. Она также является управляющим редактором ReHack.com и внештатно работает на таких сайтах, как Re-Work, ChatbotNewsDaily и других. Следите за ней на Medium или ReHack в Twitter, чтобы узнать больше технических новостей!

Применение полупроводников

Нужна инертная, прочная и устойчивая к коррозии поверхность? Дурсан обладает превосходными характеристиками и долговечностью, что делает его идеальным покрытием для отбора проб в сложных условиях.

Обычные полупродукты, такие как HBr, могут вызывать коррозию технологических систем, Silcolloy ® , наше коррозионно-стойкое покрытие CVD, может повысить коррозионную стойкость системы в 3 раза и более.

SilcoTek — Прецизионные кремниевые покрытия с высокими допусками, нанесенные методом химического осаждения из паровой фазы, защищают и улучшают критические поверхности во всех полупроводниковых технологических системах. Покрытие всех поверхностей критических путей потока предотвратит загрязнение ионами и частицами и повысит производительность процесса. Покройте весь путь потока, чтобы обеспечить максимальную производительность.

Образцы с покрытием

SilcoTek также более эффективны в предотвращении выщелачивания ионов металлов в раствор, чем другие распространенные сплавы, такие как Alloy C-22. На изображении ниже образцы с покрытием SilcoTek показывают низкие концентрации металла в частях на миллиард или вовсе без них, что обеспечивает более эффективную защиту от коррозии.

На этом изображении показано количество (PPB) металлического загрязнения, обнаруженное после выдержки образцов в метаноле в течение 30 дней. C-22 с покрытием Silcolloy превзошел C-22 без покрытия в 1000 раз.

Метод — ИСП-МС экстракции растворителем.Методика. Детали замачивали в метаноле на 30 дней, чтобы обеспечить измеримое извлечение металла. Затем образцы анализировали с помощью масс-спектроскопии, чтобы исследовать ионы металлов, присутствующие в растворе.

Трубка без покрытия (внизу слева «A») задерживает метанол, что приводит к ненадежной и медленной калибровке и тестированию. Трубка с покрытием SilcoNert (правая «B») удерживает очень мало метанола, что приводит к быстрому отклику и точным результатам испытаний.Это позволяет чистым помещениям и другим внутренним или внешним станциям мониторинга обеспечивать последовательные и точные результаты.

Инертные барьерные покрытия SilcoTek ® значительно снижают газовыделение поверхностей из нержавеющей стали, повышая эффективность откачки и практически устраняя требования к выжиганию поверхностей. Покрытие поверхностей вакуума и критического пути потока повышает эффективность и производительность процесса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.