Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Hvordan forårsake metalloider for å lede elektriske strømmer
- Vi presenterer Dopants til Silicon og Germanium
- Forskjellen mellom Germanium og Silicon
Når vi tenker på elektroniske enheter, tenker vi ofte på hvor raskt disse enhetene fungerer, eller hvor lenge vi kan betjene enheten før vi lader batteriet. Det de fleste ikke tenker på er hva komponentene i deres elektroniske enheter er laget av. Mens hver enhet har forskjellig konstruksjon, har alle enhetene en ting til felles - elektroniske kretsløp med komponenter som inneholder de kjemiske elementene silisium og germanium.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Silisium og germanium er to kjemiske elementer som kalles metalloider. Både silisium og germanium kan kombineres med andre elementer kalt dopanter for å lage elektroniske enheter i fast tilstand, for eksempel dioder, transistorer og fotoelektriske celler. Den primære forskjellen mellom silisium- og germaniumdioder er spenningen som er nødvendig for at dioden skal slå seg på (eller bli "fremadrettet"). Silisiumdioder krever 0,7 volt for å bli forspent, mens germaniumdioder bare krever 0,3 volt for å bli fremadrettede.
Hvordan forårsake metalloider for å lede elektriske strømmer
Germanium og silisium er kjemiske elementer som kalles metalloider. Begge elementene er sprø og har en metallisk glans. Hvert av disse elementene har et ytre elektronskall som inneholder fire elektroner; denne egenskapen til silisium og germanium gjør det vanskelig for begge elementene i sin reneste form å være en god elektrisk leder. En måte å få en metalloid til å lede elektrisk strøm fritt er å varme den opp. Tilførsel av varme får de frie elektronene i en metalloid til å bevege seg raskere og bevege seg mer fritt, slik at påført elektrisk strøm kan strømme hvis forskjellen i spenning over metalloiden er nok til å hoppe inn i ledningsbåndet.
Vi presenterer Dopants til Silicon og Germanium
En annen måte å endre de elektriske egenskapene til germanium og silisium er å introdusere kjemiske elementer kalt dopingmidler. Elementer som bor, fosfor eller arsen kan finnes på det periodiske bordet i nærheten av silisium og germanium. Når dopingmidler blir introdusert til en metalloid, tilfører dopemidlet enten et ekstra elektron til metalloidets ytre skall eller fratar metalloiden en av dens elektroner.
I det praktiske eksemplet på en diode er et stykke silisium dopet med to forskjellige dopingmidler, for eksempel bor på den ene siden og arsen på den andre. Punktet der den bor-dopede siden møter den arsen-dopede siden kalles et P-N-kryss. For en silisiumdiode kalles den bor-dopede siden “P-type silisium” fordi introduksjonen av bor fratar silisiumet fra et elektron eller introduserer et elektron “hull”. På den andre siden kalles arsen-dopet silisium “N -type silisium ”fordi det tilfører et elektron, noe som gjør det lettere for elektrisk strøm å flyte når spenning tilføres dioden.
Siden en diode fungerer som enveisventil for strømmen av elektrisk strøm, må det være en spenningsdifferensiell påført de to halvdelene av dioden, og den må påføres i de riktige områdene. Rent praktisk betyr dette at den positive polen til en kraftkilde må påføres ledningen som går til P-typen materiale, mens den negative polen må påføres N-typen materiale for at dioden skal lede strøm. Når strøm tilføres riktig til en diode, og dioden leder elektrisk strøm, sies dioden å være forspent. Når de negative og positive polene til en kraftkilde blir påført materialene i motsatt polaritet i en diode - positiv pol til N-type materiale og negativ pol til P-type materiale - leder ikke en diode elektrisk strøm, en tilstand kjent som revers-forspenning.
Forskjellen mellom Germanium og Silicon
Hovedforskjellen mellom germanium og silisiumdioder er spenningen som elektrisk strøm begynner å strømme fritt over dioden. En germaniumdiode begynner vanligvis å lede elektrisk strøm når spenningen som er riktig påført over dioden når 0,3 volt. Silisiumdioder krever mer spenning for å lede strøm; det tar 0,7 volt for å skape en forspenningssituasjon i en silisiumdiode.