Pusvadītājs

Pusvadītājs ir materiāls, kas dažos gadījumos vada elektrību, bet citos - ne. Labi elektrības vadītāji, piemēram, varš vai sudrabs, viegli ļauj elektrībai caur tiem plūst. Materiālus, kas bloķē elektrības plūsmu, piemēram, gumiju vai plastmasu, sauc par izolatoriem. Izolatorus bieži izmanto, lai pasargātu cilvēkus no elektrošoka. Kā norāda nosaukums, pusvadītājs neveic tik labu vadītspēju kā vadītājs. Visbiežāk izmantotais pusvadītājs ir silīcijs, taču izmanto arī gallija arsenīdu.

Pievienojot dažādus atomus pusvadītāja kristālrežģī (režģī), tas maina tā vadītspēju, veidojot n- un p-tipa pusvadītājus. Silīcijs ir vissvarīgākais komerciālais pusvadītājs, lai gan izmanto arī daudzus citus. No tiem var izgatavot tranzistorus, kas ir mazi pastiprinātāji. Tranzistori tiek izmantoti datoros, mobilajos telefonos, digitālajos audio atskaņotājos un daudzās citās elektroniskās ierīcēs.

Tāpat kā citās cietās vielās, arī pusvadītāju elektroniem var būt enerģijas tikai noteiktās joslās (t. i., enerģijas līmeņu diapazonos) starp pamatstāvokļa enerģiju, kas atbilst elektroniem, kuri ir cieši saistīti ar materiāla atomu kodoliem, un brīvā elektrona enerģiju, kas ir enerģija, kura nepieciešama, lai elektrons pilnībā izkļūtu no materiāla.

Uz pusvadītājiem balstītas elektroniskās sastāvdaļas

Vēsture

Pusvadītājus laboratorijās pētīja jau 1830. gados. 1833. gadā Maikls Faradejs eksperimentēja ar sudraba sulfīdu. Viņš atklāja, ka, karsējot materiālu, tas labāk vada elektrību. Tas bija pretēji tam, kā darbojās varš. Kad varš tiek karsēts, tas vada mazāk elektrības. Vairāki citi agrīnie eksperimentētāji atklāja citas pusvadītāju īpašības. 1947. gadā Bella laboratorijā Ņūdžersijā tika izgudrots tranzistors. Tā rezultātā tika izstrādātas integrālās shēmas, kas mūsdienās darbina gandrīz visas elektroniskās ierīces.

Pusvadītāju dopēšana

Dopings

Dopēšana ir process, kurā tīram pusvadītājam pievieno nelielu piemaisījumu, lai mainītu tā elektriskās īpašības. Viegli un mēreni leģētus pusvadītājus sauc par ārējiem pusvadītājiem. Pusvadītāju, kas ir piedevas tik lielā daudzumā, ka tas vairāk līdzinās vadītājam, nevis pusvadītājam, sauc par degenerētu pusvadītāju. Lielākā daļa pusvadītāju ir izgatavoti no silīcija kristāliem. Tīrs silīcijs ir maz izmantojams, bet leģētais silīcijs ir pamatā lielākajai daļai pusvadītāju. Silīcija ieleja tika nosaukta, pateicoties lielajam pusvadītāju jaunuzņēmumu skaitam, kas tur atradās.

Pusvadītāji šodien

Mūsdienās pusvadītājus izmanto ļoti plaši. Pusvadītājus var atrast gandrīz visās elektroniskajās ierīcēs. Galda datori, internets, planšetdatori, viedtālruņi - tas viss nebūtu iespējams bez pusvadītājiem. No pusvadītājiem var izveidot ļoti precīzus slēdžus ar nelielu spriegumu. Spriegumu, kas pusvadītājam nav nepieciešams, var nosūtīt uz citiem ierīces elektriskajiem komponentiem. Pusvadītājus var arī izgatavot ļoti mazus, un daudzus no tiem var ievietot diezgan mazā shēmā. Tā kā tos var izgatavot tik mazus, elektroierīces mūsdienās var izgatavot plānas un vieglas, nemazinot apstrādes jaudu. Daži no dominējošajiem uzņēmumiem pusvadītāju nozarē ir Intel Corporation, Samsung Electronics, TSMC, Qualcomm un Micron Technology.

Saistītās lapas

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir pusvadītājs?

A: Pusvadītājs ir materiāls, kas dažos gadījumos vada elektrību, bet citos ne. Tas neveic tik labu elektrības vadītspēju kā tādi labi elektrovadītāji kā varš vai sudrabs, un tas nebloķē elektrības plūsmu kā izolatori, piemēram, gumija vai plastmasa.

J: Kas ir n un p tipa pusvadītāji?

A: N- un p-tipa pusvadītājus rada, pievienojot dažādus atomus pusvadītāja kristālrežģī (režģī), kas maina tā vadītspēju.

J: Kam izmanto silīciju?

A: Silīcijs ir vissvarīgākais komerciālais pusvadītājs, un no tā var izgatavot tranzistorus, kas ir mazi pastiprinātāji, ko izmanto datoros, mobilajos telefonos, digitālajos audio atskaņotājos un daudzās citās elektroniskās ierīcēs.

J: Kādus citus materiālus izmanto kā pusvadītājus?

A: Papildus silīcijam kā pusvadītāju izmanto arī gallija arsenīdu.

J: Kā uzvedas elektroni cietā materiālā?

A: Cietvielu cietajos materiālos elektroniem var būt enerģijas tikai noteiktās joslās (t. i., enerģijas līmeņu diapazonos) starp pamatstāvokļa enerģiju, kas atbilst elektroniem, kuri cieši saistīti ar materiāla atomu kodoliem, un brīvo elektronu enerģiju, kas ir enerģija, kura nepieciešama, lai elektrons pilnībā izkļūtu no materiāla.

J: Kāpēc izolatorus bieži izmanto, lai pasargātu cilvēkus no elektriskās strāvas trieciena?

A: Izolatori bloķē elektrības plūsmu, tāpēc tos var izmantot, lai pasargātu cilvēkus no elektriskās strāvas trieciena, neļaujot elektriskajai strāvai caur tiem plūst.

J: Kā darbojas tranzistori?

A: Tranzistori darbojas kā mazi pastiprinātāji, kas uztver ieejas signālu un pastiprina to, pirms izvadīt to augstākā līmenī nekā sākotnēji ievadītais.