Жарым өткөргүчтөрдү талкуулоо боюнча суроолордун мисалы
Pendahuluan
Жарым өткөргүч – бул өткөргүчтүн (мисалы, жез) жана изолятордун (мисалы, айнек) электр өткөрүмдүүлүгүнүн ортосундагы материал. Азыркы дүйнөдө жарым өткөргүчтөр маанилүү ролду ойнойт, анткени алар диоддорду, транзисторлорду жана интегралдык микросхемаларды (ИМС) камтыган ар кандай электрондук түзүлүштөрдү өндүрүүдө колдонулган негизги материалдар болуп саналат. Бул макалада окурмандарга бул теманы тереңирээк түшүнүүгө жардам берүү үчүн жарым өткөргүчтөрдүн көйгөйлөрүнүн бир нече мисалдары келтирилет.
1. Жарым өткөргүчтүү кристаллдык түзүлүш
Суроо: Кремний жарым өткөргүчтөрүнүн кристаллдык түзүлүшүн жана бул түзүлүштүн алардын электрдик касиеттерине тийгизген таасирин түшүндүрүп бериңиз.
Талкуу: Кремний жарым өткөргүчтөрү алмаз куб кристаллы деп аталган кристаллдык түзүлүшкө ээ. Бул түзүлүштө ар бир кремний атому коңшулаш төрт кремний атому менен коваленттик байланыш түзүп, абдан туруктуу байланыш түзөт. Бул таза кремнийдин бөлмө температурасында электр өткөрүмдүүлүгүнүн төмөндүгүн түшүндүрөт.
Кремнийдин электр өткөрүмдүүлүгүн кошулмаларды кошуу (легирлөө) менен жогорулатууга болот. Мисалы, фосфорду кошуу (n-типтеги легирлөө) эркин электрондорду кошот, ал эми борду кошуу (p-типтеги легирлөө) оң заряд алып жүрүүчүлөр катары кызмат кылган тешиктерди түзөт.
2. Жарым өткөргүчтөрдү легирлөө
Суроо: n-типтеги легирлөө менен p-типтеги легирлөөгө ортосундагы айырмачылыкты жана алардын жарым өткөргүчтөрдүн өткөрүмдүүлүгүнө тийгизген таасирин түшүндүрүңүз.
Талкуу: Допинг – бул жарым өткөргүчтүн электрдик касиеттерин өзгөртүү үчүн ага кошулмаларды кошуу процесси. n-типтеги допингде кошулган кошулма атомдору, адатта, кремний атомдоруна караганда көбүрөөк валенттик электрондорго ээ (мисалы, 5 валенттик электрону бар фосфор). Бул кошумча электрондор электр өткөрүмдүүлүгүнө салым кошо турган эркин электрондорго айланат, ошону менен материалдын өткөрүмдүүлүгүн жогорулатат.
Ал эми, p-типтеги легирлөөдө, аралашма атомдорунда кремнийге караганда валенттик электрондор азыраак (мисалы, бордо 3 валенттик электрон бар). Валенттик электрондордун жоктугу оң заряд алып жүрүүчүлөр катары иштеген тешиктерди пайда кылат. Бул тешиктер заряддын кристалл аркылуу өтүшүнө мүмкүндүк берүү менен өткөрүмдүүлүктү жогорулатат.
3. Трасса аралыгы жана өткөрүмдүүлүк
Суроо: Тиешелүү зона түшүнүгүн жана анын жарым өткөргүчтөрдүн электр өткөрүмдүүлүгүнө кандай таасир этерин сүрөттөп жана түшүндүрүп бериңиз.
Талкуу: Тыюу салынган зона – бул электрондорду валенттик зонадан өткөргүчтүк зонага жылдыруу үчүн талап кылынган энергия. Жарым өткөргүчтөрдүн тыюу салынган зонасы изоляторлорго караганда кичине, бирок өткөргүчтөргө караганда чоңураак.
Жарым өткөргүчтөрдө электрондор жетиштүү энергия алганда (мисалы, жылуулуктан же фотондордон), алар тыюу салынган зонадан өткөргүчтүк тилкесине секирип, электр тогун өткөрө алган эркин электрондорго айлана алышат. Мыйзамдалган зонанын өлчөмү электрондордун өткөргүчтүк тилкесине канчалык оңой дүүлүккөнүн аныктайт:
– Кичинекей зоналуу жарым өткөргүчтөр (мисалы, ~1.1 эВ зоналуу кремний) төмөнкү температурада ток өткөрүүгө оңой.
– Зона аралыгы чоң жарым өткөргүчтөр (мисалы, ~1.4 эВ зона аралыгы бар галлий арсениди) өткөргүч болуу үчүн көбүрөөк энергияны талап кылат, бирок жарык чыгаруучу диоддор (LED) сыяктуу айрым колдонмолордо натыйжалуураак болушу мүмкүн.
4. Транзистор
Суроо: Транзистор деген эмне жана ал электроникада кантип иштейт?
Талкуу: Транзистор – электрондук сигналдарды күчөтүү же которуу үчүн колдонулган жарым өткөргүч компонент. Транзисторлордун эки кеңири таралган түрү бар: биполярдык өткөөл транзисторлор (BJT) жана талаа эффекти транзисторлору (FET).
BJTде p-типтеги жана n-типтеги үч катмар бар (npn же pnp). Базага (B) кирген электр тогу коллектор (C) менен эмиттер (E) ортосундагы ток агымын башкарат. Ошол эле учурда, FETте дарбазага (G) берилген чыңалуу дренаж (D) менен булактын (S) ортосундагы ток агымын башкарат.
Транзисторлор сигналды күчөтүүгө мүмкүндүк берет, анткени киргизүүдөгү (база же дарбаза) кичинекей өзгөрүүлөр чыгышта (коллектор-эмиттер же дренаж-булак) чоң өзгөрүүлөргө алып келиши мүмкүн. Бул транзисторлорду күчөткүчтөр жана логикалык схемалар сыяктуу электрондук схемаларда маанилүү компоненттерге айлантат.
5. Диод
Суроо: Диоддун функциясы эмнеде жана ал кантип иштейт?
Талкуу: Диод – бул электр тогунун бир гана багытта агышына мүмкүндүк берүүчү жарым өткөргүч компонент. Диод p-типтеги жана n-типтеги материалдардын ортосундагы байланыш болгон p-n өткөөлүнөн турат. Чыңалуу түз багытта (аноддон катодго) берилгенде, ток оңой агып кетиши мүмкүн. Бирок, эгерде чыңалуу тескери багытта (катоддон анодго) берилсе, жогорку каршылык токтун агымына тоскоол болот.
Бул диоддорду түзөтүү (өзгөрмө токту туруктуу токко айландырат), чынжырды коргоо жана сигналды которуштуруу сыяктуу колдонмолордо абдан пайдалуу кылат.
6. Жарым өткөргүчтөрдүн электроникада колдонулушу
Суроо: Заманбап технологиядагы жарым өткөргүчтөрдүн айрым колдонулуштарын атаңыз жана алардын функцияларын түшүндүрүңүз.
Талкуу: Жарым өткөргүчтөр ар кандай заманбап технологиялык колдонмолордо колдонулат, анын ичинде:
– Микропроцессорлор жана эс тутум: Интегралдык микросхемаларда (ИМС) транзисторлорду колдонуу өтө татаал жана натыйжалуу микропроцессорлорду жана эс тутум чиптерин түзүүгө мүмкүндүк берет.
– Сенсорлор: Жарым өткөргүч сенсорлор жарык (фотодиоддор), температура (термисторлор) жана басым (пьезоэлектрдик сенсорлор) сыяктуу ар кандай физикалык параметрлерди аныктай алат.
– Жарык чыгаруучу диод (LED): Айрым жарым өткөргүчтөр электр тогу өткөндө жарык чыгарышы мүмкүн, алар дисплейлерде, жарыктарда жана индикаторлордо колдонулат.
– Күн батареялары: Кремний сыяктуу жарым өткөргүчтөр күн нуруна дуушар болгондо электр тогун пайда кылат, ал күн батареяларында электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонулат.
Penutup
Жарым өткөргүчтөрдүн негизги түшүнүктөрүн жана талкууланган ар кандай мисал маселелерин түшүнүү окурмандарга заманбап технологияларда жарым өткөргүчтөрдүн темасын жана колдонулушун өздөштүрүүгө жардам берет. Бул макала электроника дүйнөсүндөгү жарым өткөргүчтөрдүн функциялары, иштөө принциптери жана мааниси жөнүндө терең түшүнүк берет деп күтүлүүдө.
