Indhold
- TL; DR (for lang; læste ikke)
- Sådan forårsager metalloider til at lede elektriske strømme
- Vi introducerer Dopants til Silicon og Germanium
- Forskellen mellem Germanium og Silicon
Når vi tænker på elektroniske enheder, tænker vi ofte på, hvor hurtigt disse enheder fungerer, eller hvor længe vi kan betjene enheden, inden batteriet genoplades. Hvad de fleste ikke tænker på, er, hvad komponenterne i deres elektroniske enheder er lavet af. Mens hver enhed er forskellig i sin konstruktion, har disse enheder alle en ting til fælles - elektroniske kredsløb med komponenter, der indeholder de kemiske elementer silicium og germanium.
TL; DR (for lang; læste ikke)
Silicium og germanium er to kemiske elementer kaldet metalloider. Både silicium og germanium kan kombineres med andre elementer kaldet dopingmidler for at skabe elektroniske enheder i fast tilstand, såsom dioder, transistorer og fotoelektriske celler. Den primære forskel mellem silicium- og germaniumdioder er den spænding, der er nødvendig for at dioden kan tænde (eller blive ”fremadspændt”). Siliciumdioder kræver 0,7 volt for at blive fremadspændt, mens germaniumdioder kun kræver 0,3 volt for at blive fremadspændte.
Sådan forårsager metalloider til at lede elektriske strømme
Germanium og silicium er kemiske elementer kaldet metalloider. Begge elementer er sprøde og har en metallisk glans. Hvert af disse elementer har en ydre elektronskal, der indeholder fire elektroner; denne egenskab af silicium og germanium gør det vanskeligt for begge elementer i sin reneste form at være en god elektrisk leder. En måde at få en metalloid til at lede elektrisk strøm frit er at varme den op. Tilsætning af varme får de frie elektroner i en metalloid til at bevæge sig hurtigere og bevæge sig mere frit, hvilket tillader tilført elektrisk strøm at strømme, hvis forskellen i spænding over metalloiden er nok til at hoppe ind i ledningsbåndet.
Vi introducerer Dopants til Silicon og Germanium
En anden måde at ændre de elektriske egenskaber ved germanium og silicium er at introducere kemiske elementer kaldet dopingmidler. Elementer som bor, fosfor eller arsen kan findes på det periodiske system nær silicium og germanium. Når dopingmidler introduceres til en metalloid, tilvejebringer dopingmidlet enten en ekstra elektron til metalloidens ydre elektronskal eller fratager metalloiden en af dens elektroner.
I det praktiske eksempel på en diode er et stykke silicium doteret med to forskellige dopingmidler, såsom bor på den ene side og arsen på den anden. Det punkt, hvor den bor-dopede side møder den arsen-dopede side kaldes et P-N-kryds. For en siliciumdiode kaldes den bor-dopede side "P-type silicium", fordi introduktionen af bor fratager siliciumet fra et elektron eller indfører et elektron-"hul." På den anden side kaldes arsen-dopet silicium "N -type silicium ”fordi det tilføjer et elektron, hvilket gør det lettere for elektrisk strøm at strømme, når der tilføres spænding til dioden.
Da en diode fungerer som en envejsventil til strømmen af elektrisk strøm, skal der være en spændingsforskel påført de to halvdele af dioden, og den skal påføres i de korrekte områder. Rent praktisk betyder dette, at den positive pol af en strømkilde skal påføres tråden, der går til P-typen materiale, mens den negative pol skal påføres N-typen materiale for at dioden skal lede elektricitet. Når strøm tilføres korrekt til en diode, og dioden leder elektrisk strøm, siges dioden at være fremadspændt. Når de negative og positive poler fra en strømkilde påføres materialerne modsat polaritet i en diode - positiv pol til N-type materiale og negativ pol til P-type materiale - leder en diode ikke elektrisk strøm, en tilstand kendt som reverse-bias.
Forskellen mellem Germanium og Silicon
Den største forskel mellem germanium og siliciumdioder er den spænding, ved hvilken den elektriske strøm begynder at flyde frit over dioden. En germaniumdiode begynder typisk at lede elektrisk strøm, når spænding korrekt påført over dioden når 0,3 volt. Siliciumdioder kræver mere spænding for at lede strøm; det tager 0,7 volt for at skabe en fremadrettet situation i en siliciumdiode.