Mga Pangunahing Kaalaman sa Semiconductor
Pangkalahatang-ideya
Ginawa ang modernong teknolohiya salamat sa isang klase ng mga materyales na tinatawag na semiconductors. Ang lahat ng mga aktibong sangkap, integrated circuits, microchips, transistors, pati na rin ang maraming sensors ay binuo gamit ang mga materyales na semiconductor. Habang ang silikon ay ang pinakalawak na ginamit at pinakatanyag na materyal na semiconductor na ginagamit sa electronics, ang isang malawak na hanay ng semiconductors ay ginagamit kabilang ang Germanium, Gallium Arsenide, Silicon Carbide, pati na rin ang mga organic semiconductors. Ang bawat materyal ay nagdudulot ng ilang mga pakinabang sa talahanayan tulad ng cost / performance ratio, mataas na bilis ng operasyon, mataas na temperatura, o ang nais na tugon sa isang signal.
Semiconductors
Ang dahilan kung bakit kapaki-pakinabang ang semiconductors ay ang kakayahang kontrolin ang kanilang mga electrical properties at pag-uugali sa panahon ng proseso ng pagmamanupaktura. Ang mga katangian ng semiconductor ay kinokontrol sa pagdaragdag ng maliliit na dami ng mga impurities sa semiconductor sa pamamagitan ng isang proseso na tinatawag na doping, na may iba't ibang mga impurities at concentrations na gumagawa ng iba't ibang epekto. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa doping, ang paraan ng isang kasalukuyang elektrikal na gumagalaw sa pamamagitan ng isang semiconductor ay maaaring kontrolado.
Sa isang karaniwang konduktor, tulad ng tanso, ang mga electron ay nagtataglay ng kasalukuyang at kumikilos bilang carrier ng singil. Sa semiconductors parehong elektron at 'butas,' ang kawalan ng isang elektron, kumilos bilang bayad carrier. Sa pamamagitan ng pagkontrol sa doping ng semiconductor, ang kondaktibiti, at ang carrier ng singil ay maaaring iakma upang maging alinman sa elektron o butas batay.
Mayroong dalawang uri ng doping, N-type, at P-type. N-uri dopants, karaniwang posporus o arsenic, may limang mga electron, na kapag idinagdag sa isang semiconductor ay nagbibigay ng dagdag na libreng elektron. Dahil ang mga electron ay may negatibong singil, ang isang materyal na doped sa ganitong paraan ay tinatawag na N-uri. Ang mga dopant na P-type, tulad ng boron at galyum, ay may tatlong elektron lamang na nagreresulta sa kawalan ng isang elektron sa kristal na semiconductor, na epektibo ang paglikha ng isang butas o isang positibong singil, samakatuwid ang pangalang P-uri. Ang parehong mga uri ng N-uri at P-uri, kahit na sa mga dami ng dami, ay gagawing isang disenteng konduktor sa semiconductor. Gayunman, ang mga uri ng N-type at P-type semiconductors ay hindi masyadong espesyal sa pamamagitan ng kanilang sarili, pagiging disenteng konduktor. Gayunpaman, kapag inilagay mo ang mga ito sa pakikipag-ugnay sa bawat isa, na bumubuo ng isang PN kantong, ikaw ay may ilang mga ibang-iba at lubhang kapaki-pakinabang na mga pag-uugali.
Ang PN Junction Diode
Ang isang PN kantong, hindi katulad ng bawat materyal na magkahiwalay, ay hindi kumikilos tulad ng konduktor. Sa halip na pahintulutan ang kasalukuyang daloy sa alinmang direksyon, isang PN junction lamang ang nagpapahintulot sa kasalukuyang daloy sa isang direksyon, na lumilikha ng isang pangunahing diode. Ang paglalagay ng boltahe sa isang PN junction sa forward direction (forward bias) ay tumutulong sa mga electron sa N-type na rehiyon na magkasama sa mga butas sa P-type na rehiyon. Ang pagsisikap na baligtarin ang daloy ng kasalukuyang (reverse bias) sa pamamagitan ng diode pwersa ang mga electron at butas bukod na maiwasan ang kasalukuyang mula sa dumadaloy sa kantong. Ang pagsasama ng PN junctions sa iba pang mga paraan ay nagbubukas ng mga pinto sa iba pang mga sangkap ng semiconductor, tulad ng transistor.
Transistors
Ang pangunahing transistor ay ginawa mula sa kumbinasyon ng kantong ng tatlong uri ng N-uri at P-uri kaysa sa dalawang ginagamit sa isang diode. Ang pagsasama ng mga materyales na ito ay nagbubunga ng mga transistors ng NPN at PNP na kilala bilang bipolar junction transistors o BJTs. Ang sentro, o base, rehiyon BJT ay nagbibigay-daan sa transistor upang kumilos bilang isang lumipat o amplifier.
Habang ang NPN at PNP transistors ay maaaring magmukhang dalawang diodes na inilagay pabalik sa likod, na hahadlang sa lahat ng kasalukuyang mula sa dumadaloy sa alinmang direksyon. Kapag ang sentro ng layer ay pinapanigang pasulong upang ang isang maliit na kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng sentro ng layer, ang mga katangian ng diode na nabuo sa sentro ng pagbabago ng layer upang payagan ang isang mas mataas na kasalukuyang daloy sa buong aparato. Ang pag-uugali na ito ay nagbibigay sa isang transistor ng kakayahan upang palakasin ang mga maliliit na alon at upang kumilos bilang isang lumipat sa paggawa ng isang kasalukuyang pinagkukunan sa o off.
Ang iba't ibang uri ng transistors at iba pang mga aparato ng semikondaktor ay maaaring gawin sa pamamagitan ng pagsasama ng PN junctions sa ilang mga paraan, mula sa mga advanced, espesyal na transistors na function sa kontroladong diodes. Ang mga sumusunod ay ilan lamang sa mga sangkap na ginawa mula sa maingat na mga kumbinasyon ng mga PN junctions.
- DIAC
- Laser diode
- Light-emitting diode (LED)
- zener diode
- Darlington transistor
- Field-effect transistor, kabilang ang MOSFETs
- IGBT transistor
- Silicon controlled rectifier (SCR)
- Integrated circuit (ICs)
- Microprocessor
- Digital Memory - RAM at ROM
Mga Sensor
Bilang karagdagan sa kasalukuyang kontrol na pinahihintulutan ng mga semiconductor, mayroon din silang mga katangian na gumagawa para sa mga epektibong sensor. Maaari silang maging sensitibo sa mga pagbabago sa temperatura, presyon, at liwanag. Ang isang pagbabago sa paglaban ay ang pinaka-karaniwang uri ng tugon para sa isang semi-kondaktibo sensor. Ang ilan sa mga uri ng mga sensor na posible ng mga katangian ng semiconductor ay nakalista sa ibaba.
- Hall effect sensor (magnetic field sensor)
- Thermistor (resistive temperature sensor)
- CCD / CMOS (sensor ng imahe)
- Photodiode (light sensor)
- Photoresistor (light sensor)
- Piezoresistive (pressure / strain sensors)