Содержание
- TL; DR (слишком долго; не читал)
- Как заставить металлоиды проводить электрические токи
- Введение примесей в кремний и германий
- Разница между германием и кремнием
Когда мы думаем об электронных устройствах, мы часто думаем о том, как быстро эти устройства работают или как долго мы можем работать с устройством, прежде чем заряжать аккумулятор. Большинство людей не думают о том, из чего сделаны компоненты их электронных устройств. Хотя каждое устройство отличается по своей конструкции, все эти устройства имеют одну общую черту - электронные схемы с компонентами, которые содержат химические элементы кремний и германий.
TL; DR (слишком долго; не читал)
Кремний и германий являются двумя химическими элементами, называемыми металлоидами. И кремний, и германий могут быть объединены с другими элементами, называемыми легирующими добавками, для создания твердотельных электронных устройств, таких как диоды, транзисторы и фотоэлементы. Основное различие между кремниевыми и германиевыми диодами заключается в напряжении, необходимом для включения диода (или смещения в прямом направлении). Кремниевым диодам требуется 0,7 вольт для прямого смещения, в то время как германиевым диодам требуется только 0,3 вольт для прямого смещения.
Как заставить металлоиды проводить электрические токи
Германий и кремний - это химические элементы, называемые металлоидами. Оба элемента хрупкие и имеют металлический блеск. Каждый из этих элементов имеет внешнюю электронную оболочку, которая содержит четыре электрона; это свойство кремния и германия затрудняет для любого элемента в чистом виде быть хорошим электрическим проводником. Один из способов заставить металлоид свободно проводить электрический ток - это нагревать его. Добавление тепла заставляет свободные электроны в металлоиде двигаться быстрее и перемещаться более свободно, позволяя приложенному электрическому току течь, если разность напряжений на металлоиде достаточна для того, чтобы прыгнуть в зону проводимости.
Введение примесей в кремний и германий
Другой способ изменить электрические свойства германия и кремния - ввести химические элементы, называемые легирующими добавками. Такие элементы, как бор, фосфор или мышьяк, можно найти в периодической таблице рядом с кремнием и германием. Когда легирующие вещества вводятся в металлоид, легирующая добавка либо обеспечивает дополнительный электрон к внешней электронной оболочке металлоида, либо лишает металлоид одного из его электронов.
В практическом примере диода кусок кремния легирован двумя различными легирующими примесями, такими как бор с одной стороны и мышьяк с другой. Точка, в которой сторона, легированная бором, пересекает сторону, легированную мышьяком, называется переходом P-N. Для кремниевого диода сторона, легированная бором, называется «кремнием P-типа», потому что введение бора лишает кремний электрона или вводит «дырочку» электрона. С другой стороны, кремний, легированный мышьяком, называется «N». кремний », потому что он добавляет электрон, что облегчает протекание электрического тока при подаче напряжения на диод.
Так как диод действует в качестве одностороннего клапана для протекания электрического тока, к двум половинкам диода должен быть приложен перепад напряжения, и он должен применяться в правильных областях. На практике это означает, что положительный полюс источника питания должен быть приложен к проводу, идущему к материалу P-типа, в то время как отрицательный полюс должен быть применен к материалу N-типа, чтобы диод проводил электричество. Когда на диод подается правильное питание, и диод проводит электрический ток, говорят, что диод смещен в прямом направлении. Когда отрицательные и положительные полюсы источника питания применяются к материалам противоположной полярности диода - положительный полюс к материалу N-типа и отрицательный полюс к материалу P-типа - диод не проводит электрический ток, состояние, известное как обратное смещение.
Разница между германием и кремнием
Основное различие между германиевыми и кремниевыми диодами заключается в напряжении, при котором электрический ток начинает свободно течь через диод. Германиевый диод обычно начинает проводить электрический ток, когда напряжение, приложенное к диоду, достигает 0,3 вольт. Кремниевые диоды требуют большего напряжения для проведения тока; для создания прямого смещения в кремниевом диоде требуется 0,7 вольта.