ພື້ນຖານຟີຊິກສາດຂອງເຄື່ອງເຄິ່ງຕົວນຳ
ຟີຊິກສ໌ເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນສາຂາໜຶ່ງຂອງຟີຊິກສ໌ທີ່ສຶກສາພຶດຕິກຳ ແລະ ລັກສະນະຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳ. ວັດສະດຸນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ເທັກໂນໂລຢີທີ່ທັນສະໄໝ, ຍ້ອນວ່າເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນວັດສະດຸຫຼັກທີ່ໃຊ້ໃນການກໍ່ສ້າງອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກເຊັ່ນ: ທຣານຊິດເຕີ, ໄດໂອດ ແລະ ວົງຈອນລວມ (ICs). ໃນບົດຄວາມນີ້, ພວກເຮົາຈະກວມເອົາພື້ນຖານຂອງຟີຊິກສ໌ເຄິ່ງຕົວນຳ, ລວມທັງໂຄງສ້າງອະຕອມ, ທິດສະດີແຖບ, ການໂດບ, ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ.
1. ໂຄງສ້າງອະຕອມຂອງອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ
ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນວັດສະດຸທີ່ມີຄຸນສົມບັດການນຳໄຟຟ້າທີ່ຢູ່ລະຫວ່າງຕົວນຳ (ເຊັ່ນ: ທອງແດງ) ແລະ ຕົວກັນຄວາມຮ້ອນ (ເຊັ່ນ: ແກ້ວ). ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ນິຍົມໃຊ້ຫຼາຍທີ່ສຸດແມ່ນຊິລິກອນ (Si) ແລະ ເຈີມານຽມ (Ge). ທັງສອງມີໂຄງສ້າງຜລຶກປົກກະຕິທີ່ອະຕອມຂອງພວກມັນຖືກຜູກມັດເຊິ່ງກັນແລະກັນໃນຮູບແບບທີ່ສອດຄ່ອງກັນ.
ໂຄງສ້າງອະຕອມຂອງເຄິ່ງຕົວນຳມີອິດທິພົນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍຕໍ່ຄຸນສົມບັດທາງອີເລັກໂຕຣນິກຂອງວັດສະດຸ. ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ ອະຕອມຊິລິກອນມີເອເລັກຕຣອນວາເລນສີ່ຕົວທີ່ສາມາດສ້າງພັນທະໂຄວາເລນກັບອະຕອມຊິລິກອນອື່ນໆໃນໂຄງສ້າງຜລຶກຮູບສີ່ຫຼ່ຽມ. ອະຕອມຊິລິກອນແຕ່ລະຕົວໃນຜລຶກຈະຖືກຜູກມັດກັບອະຕອມທີ່ຢູ່ຕິດກັນສີ່ຕົວ, ສ້າງເປັນເຄືອຂ່າຍສາມມິຕິທີ່ໝັ້ນຄົງ.
2. ທິດສະດີວົງດົນຕີ
ເພື່ອເຂົ້າໃຈວ່າເຄິ່ງຕົວນຳເຮັດວຽກແນວໃດ, ພວກເຮົາຈຳເປັນຕ້ອງເຂົ້າໃຈທິດສະດີແຖບ, ເຊິ່ງອະທິບາຍເຖິງການແຈກຢາຍພະລັງງານເອເລັກຕຣອນໃນວັດສະດຸ. ໃນທິດສະດີແຖບ, ພະລັງງານຂອງເອເລັກຕຣອນໃນວັດສະດຸແມ່ນສະແດງໂດຍແຖບພະລັງງານສອງປະເພດຄື: ແຖບວາເລນສ໌ ແລະ ແຖບການນຳໄຟຟ້າ.
- ແຖບວາເລນສ໌: ນີ້ແມ່ນແຖບພະລັງງານທີ່ເອເລັກຕຣອນຄອບຄອງພາຍໃຕ້ສະພາບປົກກະຕິ. ເອເລັກຕຣອນໃນແຖບວາເລນສ໌ຖືກຜູກມັດຢ່າງແໜ້ນໜາກັບອະຕອມ ແລະ ບໍ່ສາມາດເຄື່ອນທີ່ໄດ້ຢ່າງເສລີ.
- ແຖບການນຳໄຟຟ້າ: ນີ້ແມ່ນແຖບພະລັງງານທີ່ຢູ່ເໜືອແຖບວາເລນສ໌ທີ່ສາມາດຖືກຄອບຄອງໂດຍເອເລັກຕຣອນທີ່ມີພະລັງງານພຽງພໍ. ເອເລັກຕຣອນໃນແຖບການນຳໄຟຟ້າມີອິດສະລະພາບໃນການເຄື່ອນໄຫວຫຼາຍກວ່າ, ເຊິ່ງຊ່ວຍໃຫ້ພວກມັນມີບົດບາດໃນການນຳໄຟຟ້າ.
ລະຫວ່າງແຖບວາເລນສ໌ ແລະ ແຖບການນຳໄຟຟ້າ ແມ່ນຊ່ອງຫວ່າງພະລັງງານທີ່ເອີ້ນວ່າ ຊ່ອງຫວ່າງພະລັງງານ ຫຼື ຊ່ອງຫວ່າງແຖບ. ໃນຕົວນຳໄຟຟ້າ, ຊ່ອງຫວ່າງແຖບນີ້ມີຂະໜາດນ້ອຍຫຼາຍ ຫຼື ບໍ່ມີຢູ່, ຊ່ວຍໃຫ້ເອເລັກຕຣອນສາມາດເຄື່ອນຍ້າຍຈາກແຖບວາເລນສ໌ໄປຫາແຖບການນຳໄຟຟ້າໄດ້ງ່າຍ. ໃນຕົວສນວນໄຟຟ້າ, ຊ່ອງຫວ່າງແຖບນີ້ມີຂະໜາດໃຫຍ່ຫຼາຍ, ສະນັ້ນເອເລັກຕຣອນໜ້ອຍຫຼາຍທີ່ສາມາດເຂົ້າເຖິງແຖບການນຳໄຟຟ້າໄດ້.
ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ເຊມິຄອນດັກເຕີມີຊ່ອງຫວ່າງແຖບປານກາງ. ເອເລັກຕຣອນສາມາດເຄື່ອນຍ້າຍຈາກແຖບວາເລນໄປຫາແຖບການນຳໄຟຟ້າໄດ້ຖ້າໄດ້ຮັບພະລັງງານພຽງພໍ, ຕົວຢ່າງເຊັ່ນຜ່ານຄວາມຮ້ອນ ຫຼື ໂຟຕອນ (ແສງ).
3. ຝຸ່ນ
ວິທີໜຶ່ງໃນການຄວບຄຸມຄວາມນຳໄຟຟ້າຂອງເຄິ່ງຕົວນຳແມ່ນການໂດບມັນ. ການໂດບແມ່ນຂະບວນການເພີ່ມສິ່ງເຈືອປົນ ຫຼື ອະຕອມຂອງອົງປະກອບອື່ນໆໃສ່ເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ບໍລິສຸດເພື່ອປ່ຽນຄຸນສົມບັດຄວາມນຳໄຟຟ້າຂອງມັນ.
- ການໂດບປະເພດ N: ກ່ຽວຂ້ອງກັບການເພີ່ມອົງປະກອບທີ່ມີເອເລັກຕຣອນວາເລນຫຼາຍກ່ວາເຄິ່ງຕົວນຳພື້ນຖານ. ຕົວຢ່າງ, ຖ້າພວກເຮົາເພີ່ມຟອສຟໍຣັດ (P) ໃສ່ຊິລິກອນ, ພວກເຮົາຈະສະໜອງເອເລັກຕຣອນເພີ່ມເຕີມທີ່ສາມາດເພີ່ມຄວາມນຳໄຟຟ້າໄດ້. ອັນນີ້ເອີ້ນວ່າເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ n ເນື່ອງຈາກມີເອເລັກຕຣອນລົບຫຼາຍເກີນໄປ.
- ການໂດບປະເພດ P: ກ່ຽວຂ້ອງກັບການເພີ່ມອົງປະກອບທີ່ມີເອເລັກຕຣອນວາເລນໜ້ອຍກວ່າເຄິ່ງຕົວນຳພື້ນຖານ. ຕົວຢ່າງ, ຖ້າພວກເຮົາເພີ່ມໂບຣອນ (B) ໃສ່ຊິລິກອນ, ພວກເຮົາຈະສ້າງ “ຮູ” ໃນໂຄງສ້າງຜລຶກທີ່ເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຕົວນຳປະຈຸບວກ. ອັນນີ້ເອີ້ນວ່າເຄິ່ງຕົວນຳປະເພດ p ເນື່ອງຈາກມີຮູບວກ.
4. ຜູ້ບັນທຸກສິນຄ້າ ແລະ ການເຄື່ອນທີ່
ໃນເຄິ່ງຕົວນຳ, ສອງປະເພດຫຼັກຂອງຕົວນຳປະຈຸແມ່ນ ເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຮູ. ເອເລັກຕຣອນແມ່ນອະນຸພາກທີ່ມີປະຈຸລົບ, ໃນຂະນະທີ່ຮູແມ່ນແນວຄວາມຄິດຂອງຕຳແໜ່ງວ່າງຂອງເອເລັກຕຣອນທີ່ສາມາດເຄື່ອນຍ້າຍພາຍໃນໂຄງສ້າງຜລຶກ.
- ການເຄື່ອນທີ່ຂອງເອເລັກຕຣອນ: ວັດແທກຄວາມໄວທີ່ເອເລັກຕຣອນສາມາດເຄື່ອນທີ່ຜ່ານເຄິ່ງຕົວນຳໄດ້ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າຖືກນຳໃຊ້.
- ການເຄື່ອນທີ່ຂອງຮູ: ວັດແທກຄວາມໄວທີ່ຮູສາມາດເຄື່ອນທີ່ຜ່ານເຄິ່ງຕົວນຳໄດ້.
ການເຄື່ອນທີ່ຂອງຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນຂຶ້ນກັບຫຼາຍປັດໃຈ, ລວມທັງອຸນຫະພູມ ແລະ ປະເພດຂອງສານເສີມທີ່ໃຊ້. ໃນອຸນຫະພູມທີ່ສູງຂຶ້ນ, ພະລັງງານຄວາມຮ້ອນເພີ່ມເຕີມສາມາດເຮັດໃຫ້ຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າເຄື່ອນທີ່ຫຼາຍຂຶ້ນ ແຕ່ຍັງເພີ່ມການພົວພັນລະຫວ່າງຕົວນຳປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ອະຕອມໃນຜລຶກ, ເຊິ່ງສາມາດຍັບຍັ້ງການເຄື່ອນໄຫວຂອງພວກມັນ.
5. ຈຸດຕໍ່ pn (ຈຸດຕໍ່ pn)
ຈຸດຕໍ່ລະຫວ່າງຕົວນຳສອງປະເພດຄື ປະເພດ p ແລະ ປະເພດ n ປະກອບເປັນໂຄງສ້າງທີ່ສຳຄັນໃນອຸປະກອນຕົວນຳເຊັ່ນ: ໄດໂອດ, ທຣານຊິດເຕີ ແລະ ໂຟໂຕໂວຄາໂຕລິກ. ຈຸດຕໍ່ p-n ມີຄຸນສົມບັດພິເສດທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ກະແສໄຟຟ້າໄຫຼໄປໃນທິດທາງດຽວແຕ່ບໍ່ແມ່ນທິດທາງກົງກັນຂ້າມ ເຮັດໃຫ້ມັນເປັນອົງປະກອບສຳຄັນໃນການຄວບຄຸມກະແສໄຟຟ້າ.
- ໄດໂອດ: ອົງປະກອບທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ກະແສໄຟຟ້າໄຫຼໄປໃນທິດທາງດຽວເທົ່ານັ້ນ. ເມື່ອແຮງດັນໄຟຟ້າໄປທາງໜ້າຖືກນຳໃຊ້ກັບໄດໂອດ (ແຮງດັນໄຟຟ້າທີ່ເຮັດໃຫ້ດ້ານ p ມີຄ່າບວກຫຼາຍກວ່າດ້ານ n), ກະແສໄຟຟ້າສາມາດໄຫຼໄດ້. ໃນທາງກັບກັນ, ເມື່ອແຮງດັນໄຟຟ້າກັບກັນຖືກນຳໃຊ້ກັບໄດໂອດ, ກະແສໄຟຟ້າຈະບໍ່ມີການໄຫຼ.
- ທຣານຊິສເຕີ: ອຸປະກອນທີ່ຂະຫຍາຍ ຫຼື ສະວິດກະແສໄຟຟ້າ. ໃນທຣານຊິສເຕີ, ມີຈຸດຕໍ່ p-n ສອງປະເພດທີ່ຈັດລຽງເພື່ອຄວບຄຸມການໄຫຼຂອງເອເລັກຕຣອນ.
6. ການນຳໃຊ້ອຸປະກອນເຄິ່ງຕົວນຳ
ເຊມິຄອນດັກເຕີແມ່ນສິ່ງຫຼັກໃນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝ. ບາງການນຳໃຊ້ທີ່ສຳຄັນຂອງມັນລວມມີ:
- ວົງຈອນປະສົມປະສານ (ICs): ເຊິ່ງເອີ້ນອີກຊື່ໜຶ່ງວ່າໄມໂຄຣຊິບ, ICs ແມ່ນການລວບລວມຂອງທຣານຊິດເຕີຫຼາຍໆຕົວ ແລະ ອົງປະກອບເອເລັກໂຕຣນິກອື່ນໆທີ່ລວມເຂົ້າກັນຢູ່ໃນຊິບດຽວ. ພວກມັນເປັນພື້ນຖານຂອງຄອມພິວເຕີ, ໂທລະສັບສະຫຼາດ ແລະ ອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກຕ່າງໆ.
- ໄດໂອດປ່ອຍແສງ (LED): LED ໃຊ້ວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳເພື່ອຜະລິດແສງເມື່ອກະແສໄຟຟ້າຖືກນຳໃຊ້. ພວກມັນມີປະສິດທິພາບດ້ານພະລັງງານສູງ ແລະ ຖືກນຳໃຊ້ໃນການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ໄຟເຍືອງທາງໃນເຮືອນຈົນເຖິງໜ້າຈໍສະແດງຜົນ.
- ພະລັງງານແສງຕາເວັນ (PV): ຈຸລັງ PV ຫຼື ຈຸລັງແສງອາທິດ ໃຊ້ເຄິ່ງຕົວນຳເພື່ອປ່ຽນພະລັງງານແສງໂດຍກົງເປັນພະລັງງານໄຟຟ້າ. ເມື່ອໂຟຕອນຈາກແສງແດດຕົກໃສ່ເຄິ່ງຕົວນຳ, ພວກມັນໃຫ້ພະລັງງານພຽງພໍສຳລັບເອເລັກຕຣອນທີ່ຈະກະໂດດຂ້າມຊ່ອງຫວ່າງແຖບ, ຜະລິດກະແສໄຟຟ້າ.
7. ສິ່ງທ້າທາຍ ແລະ ການຄົ້ນຄວ້າໃນອະນາຄົດ
ການຄົ້ນຄວ້າຍັງສືບຕໍ່ຊອກຫາວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳໃໝ່ທີ່ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍກວ່າ, ລາຄາຖືກກວ່າ, ແລະມີຄຸນສົມບັດທີ່ຕ້ອງການສຳລັບການນຳໃຊ້ສະເພາະ. ຕົວຢ່າງ, ເຄິ່ງຕົວນຳທີ່ອີງໃສ່ແກລຽມໄນໄຕຣດ (GaN) ຫຼື ກຣາຟີນ ສະເໜີທ່າແຮງສຳລັບອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ໄວກວ່າ ແລະ ມີປະສິດທິພາບຫຼາຍຂຶ້ນໃນອະນາຄົດ.
ສິ່ງທ້າທາຍອື່ນໆລວມມີການຮັກສາຄວາມໝັ້ນຄົງ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງວັດສະດຸເຄິ່ງຕົວນຳໃນອຸນຫະພູມສູງ ແລະ ສະພາບແວດລ້ອມທີ່ຮຸນແຮງ, ພ້ອມທັງການເອົາຊະນະຂໍ້ຈຳກັດຂອງວັດສະດຸທີ່ຫາຍາກທີ່ໃຊ້ໃນການໃຊ້ສານກະຕຸ້ນ.
ສະຫຼຸບ
ຟີຊິກສ໌ຂອງເຊມິຄອນດັກເຕີແມ່ນສາຂາທີ່ສຳຄັນ ແລະ ສັບສົນ, ເຊິ່ງເປັນພື້ນຖານຂອງເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣນິກທີ່ທັນສະໄໝສ່ວນໃຫຍ່. ໂດຍການເຂົ້າໃຈແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານເຊັ່ນ: ໂຄງສ້າງອະຕອມ, ທິດສະດີແຖບ, ການໂດບ, ແລະ ການນຳໃຊ້ຕົວຈິງ, ພວກເຮົາສາມາດຊື່ນຊົມ ແລະ ພັດທະນາເຕັກໂນໂລຊີໃນອະນາຄົດທີ່ອີງໃສ່ເຊມິຄອນດັກເຕີໄດ້ດີຂຶ້ນ. ການຄົ້ນຄວ້າ ແລະ ນະວັດຕະກຳຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໃນວັດສະດຸເຊມິຄອນດັກເຕີຈະສືບຕໍ່ຊຸກຍູ້ຂອບເຂດຂອງສິ່ງທີ່ເປັນໄປໄດ້ໃນເອເລັກໂຕຣນິກ.
