Yarıiletken əsasları
Baxış
Yarımkeçiricilər adlanan materiallar sinfi sayəsində müasir texnologiya mümkündür. Bütün aktiv komponentlər, inteqral sxemlər, mikroçiplər, tranzistorlar, həmçinin bir çox sensorlar yarımkeçirici materiallarla qurulur. Silikon, elektronikada istifadə edilən ən çox istifadə edilən və ən çox bilinən yarı iletken maddədirsə, Almanum, Galyum Arsenid, Silikon Karbid və üzvi yarıiletkenlər də daxil olmaqla geniş yarımkeçiricilər istifadə olunur. Hər bir maddə qiymətə / performansa nisbəti, yüksək sürətlə istifadəsi, yüksək temperatur və siqnalın istənilən cavabı kimi müəyyən üstünlükləri gətirir.
Yarımkeçiricilər
Yarımkeçiriciləri çox faydalı hala gətirən istehsal prosesi zamanı elektrik xüsusiyyətlərini və davranışlarını dəqiq şəkildə idarə etmək bacarığıdır. Yarımkeçirici xüsusiyyətləri müxtəlif təsirləri olan müxtəlif çirkləri və konsentrasiyaları olan, dopinq adlanan bir proses vasitəsilə yarımkeçirici içərisində kiçik miqdarda çirkləri əlavə edərək nəzarət olunur. Dopinqi idarə etməklə, bir elektrik cərəyanı bir yarımkeçirici vasitəsilə hərəkət edə bilər.
Tipik bir dirijorda, məsələn, mis, elektronlar cərəyanı daşıyır və yük daşıyıcısı kimi hərəkət edir. Yarımkeçiricilərdə həm elektron, həm də 'deşiklər' bir elektron olmaması, yük daşıyıcıları kimi hərəkət edir. Yarımkeçiricinin dopinqini nəzarət edərkən, iletkenlik və yük daşıyıcısı ya elektron və ya deşikli olmaq üçün uyğunlaşdırıla bilər.
Dopinq, N tipli və P tipli iki növ var. N tipli dopantlar, tipik olaraq fosfor və ya arsenik, beş elektrona malikdirlər ki, yarımkeçirici əlavə olduqda əlavə bir elektron təmin edir. Elektronların mənfi bir yükə malik olduğundan, bu şəkildə daşınan material N tiplidir. P-tipli dopantlar, bor və galyum kimi, yarımkeçirici kristalda bir elektronun olmaması ilə nəticələnən üç elektrona malikdirlər, belə ki, effektiv şəkildə bir deşik və ya müsbət yük yaradırlar, beləliklə P tipi adlanır. N-tipi və P-tipli dopantlar, hətta dəqiqlik sayda, bir yarımkeçiriciyə layiqli bir şüurlu olunacaq. Lakin, N tipli və P tipli yarımkeçiricilər özləri tərəfindən çox fərqlənmirlər, yalnız yaxşı iletkenlərdirlər. Ancaq bir-birinizlə təmasda olduqda, bir PN qovşağını qurarkən, çox fərqli və çox faydalı davranışlar əldə edirsiniz.
PN Junction Dodu
Hər bir maddənin ayrı-ayrılıqdan fərqli olduğu bir PN qovşağı bir dirijor kimi hərəkət etmir. Hər iki istiqamətdə axının axmasına icazə verməmək əvəzinə, bir PN qovşağı yalnız bir istiqamətdə akımın axmasına imkan verir və əsas diod yaradır. Bir PN qovşağında irəli istiqamətdə (irəli yanaşma) bir gərginliyin tətbiqi N tipli bölgədəki elektronları P tipli bölgədə olan deliklərlə birləşdirir. Diyot vasitəsilə cərəyan axınının axınını əks etdirməyə çalışarkən, elektronların və qovşaqların bir-birinə axışını axmağa mane olan bir-birinə ayırırlar. PN qovşaqlarını digər yollarla birləşdirmək, qapıları transistor kimi digər yarımkeçirici komponentlərə açır.
Transistorlar
Əsas bir tranzistor dioddan istifadə olunan iki N-tipli və P tipli materialların qovşağının birləşməsindən hazırlanır. Bu materialları birləşdirərək, bipolar qovşaq transistoru və ya BJT kimi tanınan NPN və PNP tranzistorlarını verir. Mərkəz, ya da baza, BJT bölgəsi tranzistorun keçid və ya gücləndirici kimi fəaliyyət göstərməsinə imkan verir.
NPN və PNP tranzistorları geri dönən iki diod kimi görünsə də, bütün axınları hər istiqamətdə axmağa maneə törədir. Orta təbəqə orta təbəqədən kiçik bir cərəyanın axdığı üçün ön tərəfli olduqda, mərkəz qatı ilə meydana gələn diodanın xüsusiyyətləri bütün cihazda daha böyük bir axının axmasına imkan verəcəkdir. Bu davranış transistoru kiçik axınları gücləndirmək və mövcud bir mənbəni açan və ya söndürən bir keçid kimi çıxış etməyə imkan verir.
Transistorlar və digər yarımkeçirici cihazların müxtəlif növləri PN qovşaqlarını bir sıra yollarla, qabaqcıl, xüsusi funksiyalı tranzistorlardan nəzarət olunan diodlara qədər birləşdirərək edilə bilər. Aşağıdakılar, PN qovşaqlarının diqqətli birləşmələrindən hazırlanan komponentlərdən bir neçəsidir.
- DIAC
- Lazer diod
- İşıq yayan diod (LED)
- Zener diyotu
- Darlington transistoru
- MOSFET-lər daxil olmaqla, sahəyə təsir transistoru
- IGBT transistoru
- Silikonla idarə olunan rektifier (SCR)
- Integrated circuit (ICs)
- Mikroprosessor
- Rəqəmsal yaddaş - RAM və ROM
Sensorlar
Yarımkeçiricilərin imkan verdiyi mövcud nəzarətə əlavə olaraq, effektiv sensorlar üçün xüsusiyyətləri də var. Onlar istilik, təzyiq və işıqda dəyişikliklərə həssas ola bilərlər. Müqavimətdə dəyişiklik yarımkeçirici sensor üçün ən ümumi cavab növüdür. Yarıiletken xüsusiyyətləri ilə mümkün olan bir neçə sensor növü aşağıda verilmişdir.
- Hall effekti sensoru (maqnit sahəsi sensoru)
- Termistor (rezistiv istilik sensoru)
- CCD / CMOS (şəkil sensoru)
- Photodiode (işıq sensoru)
- Fotoresistor (işıq sensoru)
- Piezoresistive (təzyiq / gərginlik sensorlar)