Peranti dan Litar Semikonduktor, Aplikasi

Peranti dan Litar Semikonduktor, Aplikasi

Peranti Semikonduktor terdiri dari bahan yang bukan konduktor yang baik atau penebat yang baik, ia disebut semikonduktor. Peranti seperti ini mempunyai banyak aplikasi kerana kebolehpercayaan, kekompakan, dan kosnya rendah. Ini adalah komponen diskrit yang digunakan dalam peranti kuasa, sensor optik kekompakan, dan pemancar cahaya, termasuk laser keadaan pepejal. Mereka mempunyai pelbagai keupayaan pengendalian arus dan voltan, dengan penarafan semasa lebih dari 5,000 ampere dan penarafan voltan lebih dari 100,000 volt. Yang lebih penting, peranti semikonduktor meminjamkan diri ke dalam rangkaian mikroelektronik yang kompleks tetapi mudah dibina. Mereka memiliki masa depan yang mungkin, elemen penting dari kebanyakan sistem elektronik termasuk komunikasi dengan peralatan pemprosesan data, pengguna, dan industri.



Apakah Peranti Semikonduktor?

Peranti semikonduktor tidak lain dan tidak bukan komponen elektronik yang mengeksploitasi sifat elektronik bahan semikonduktor, seperti silikon, germanium, dan gallium arsenide, serta semikonduktor organik. Peranti semikonduktor telah menggantikan tiub vakum dalam banyak aplikasi. Mereka menggunakan konduksi elektronik dalam keadaan pepejal berbanding dengan pelepasan termionik dalam vakum tinggi. Peranti semikonduktor dihasilkan untuk kedua-dua peranti diskrit dan litar bersepadu , yang terdiri dari beberapa hingga berbilion peranti yang dihasilkan dan saling berkaitan pada satu substrat semikonduktor atau wafer.


Peranti Semikonduktor

Peranti Semikonduktor





Bahan semikonduktor berguna dengan tingkah lakunya yang dapat dimanipulasi dengan mudah dengan penambahan kekotoran yang dikenali sebagai doping. Kekonduksian semikonduktor dapat dikendalikan oleh medan elektrik atau magnet, dengan terdedah kepada cahaya atau haba, atau oleh ubah bentuk mekanikal grid kristal mono yang digerakkan oleh itu, semikonduktor dapat membuat sensor yang sangat baik. Pengaliran semasa dalam semikonduktor berlaku bebas daripada elektron dan lubang, yang secara kolektif dikenali sebagai pembawa cas. Doping silikon dilakukan dengan menambahkan sejumlah kecil atom pengotor dan juga untuk fosforus atau boron, secara signifikan meningkatkan bilangan elektron atau lubang dalam semikonduktor.

Apabila semikonduktor yang terkena doping mengandung lubang yang berlebihan disebut semikonduktor 'p-type' (positif untuk lubang), dan ketika mengandung lebihan elektron bebas, ia dikenal sebagai 'n-type' (negatif untuk elektron) semikonduktor, adalah tanda pertanggungjawaban bagi kebanyakan pembawa caj bergerak. Persimpangan yang terbentuk di mana semikonduktor jenis-n dan jenis-p digabungkan dipanggil persimpangan p-n.



Diod

Semikonduktor diod adalah peranti biasanya terdiri daripada persimpangan p-n tunggal. Persimpangan semikonduktor jenis-p dan jenis-n membentuk kawasan penipisan di mana konduksi semasa dicadangkan oleh kekurangan pembawa cas bergerak. Apabila peranti didorong ke depan, kawasan penipisan ini dikurangkan, memungkinkan untuk pengaliran yang signifikan, apabila diod terbalikkan, satu-satunya arus yang kurang dapat dicapai dan wilayah penipisan dapat diperpanjang. Mendedahkan semikonduktor ke cahaya dapat menghasilkan pasangan lubang elektron, yang meningkatkan bilangan pembawa bebas dan dengan itu kekonduksian. Diod yang dioptimumkan untuk memanfaatkan fenomena ini dikenali sebagai fotodiod. Diod semikonduktor majmuk juga digunakan untuk menghasilkan cahaya, diod pemancar cahaya dan diod laser.

Diod

Diod

Transistor

Transistor simpang bipolar dibentuk oleh dua persimpangan p-n, dalam konfigurasi p-n-p atau n-p-n. Bahagian tengah atau pangkalan, kawasan di antara persimpangan biasanya sangat sempit. Kawasan lain, dan terminal yang berkaitan, dikenali sebagai pemancar dan pemungut. Arus kecil yang disuntik melalui persimpangan antara alas dan pemancar mengubah sifat persimpangan pemungut asas sehingga dapat mengalirkan arus walaupun bias terbalik. Ini menghasilkan arus yang lebih besar antara pemungut dan pemancar, dan dikawal oleh arus pemancar asas.


Transistor

Transistor

Jenis transistor lain yang dinamakan sebagai transistor kesan medan , ia beroperasi berdasarkan prinsip bahawa kekonduksian semikonduktor dapat meningkat atau menurun dengan adanya medan elektrik. Medan elektrik dapat meningkatkan bilangan elektron dan lubang pada semikonduktor, sehingga mengubah kekonduksiannya. Medan elektrik boleh digunakan oleh persimpangan p-n bias terbalik, dan ia membentuk transistor kesan medan persimpangan (JFET) atau oleh elektrod yang dilindungi dari bahan pukal oleh lapisan oksida, dan ia membentuk transistor kesan medan semikonduktor logam-oksida (MOSFET).

Kini sehari yang paling banyak digunakan di MOSFET, peranti keadaan pepejal, dan peranti semikonduktor. Elektrod gerbang diisi untuk menghasilkan medan elektrik yang dapat mengendalikan kekonduksian 'saluran' antara dua terminal, disebut sumber dan saluran. Bergantung pada jenis pembawa di saluran, peranti ini mungkin saluran-n (untuk elektron) atau saluran-p (untuk lubang) MOSFET.

Bahan Peranti Semikonduktor

Silikon (Si) adalah bahan yang paling banyak digunakan dalam peranti semikonduktor. Ia mempunyai kos bahan mentah yang lebih rendah dan proses yang agak mudah. Julat suhu yang berguna menjadikannya kompromi terbaik antara pelbagai bahan bersaing. Silikon yang digunakan dalam pembuatan peranti semikonduktor kini dibuat ke dalam mangkuk yang berdiameter cukup besar untuk membolehkan pembuatan wafer 300 mm (12 in.).

Germanium (Ge) digunakan secara meluas dalam bahan semikonduktor awal, tetapi kepekaan termalnya kurang berguna daripada silikon. Pada masa kini, germanium sering disatukan dengan (Si) silikon untuk digunakan dalam peranti SiGe berkelajuan tinggi. IBM adalah pengeluar utama peranti tersebut.

Gallium arsenide (GaAs) juga banyak digunakan dengan peranti berkelajuan tinggi, tetapi setakat ini, sukar untuk membentuk mangkuk berdiameter besar dari bahan ini, mengehadkan ukuran diameter wafer jauh lebih kecil daripada wafer silikon sehingga membuat pengeluaran besar-besaran Gallium arsenide (GaAs) peranti jauh lebih mahal daripada silikon.

Senarai Peranti Semikonduktor Biasa

Senarai peranti semikonduktor biasa merangkumi dua terminal, tiga terminal dan empat peranti terminal.

Peranti Semikonduktor Biasa

Peranti Semikonduktor Biasa

Peranti dua terminal adalah

  • Diod (diod penyearah)
  • Diod Gunn
  • Diod KESAN
  • Diod laser
  • Diod Zener
  • Diod Schottky
  • Diod PIN
  • Diod terowong
  • Diod pemancar cahaya (LED)
  • Transistor foto
  • Photocell
  • Sel suria
  • Diod penekanan voltan sementara
  • VCSEL

Peranti tiga terminal adalah

Peranti empat terminal adalah

  • Penyambung gambar (Optocoupler)
  • Sensor kesan dewan (sensor medan magnet)

Aplikasi Peranti Semikonduktor

Semua jenis transistor boleh digunakan sebagai blok bangunan gerbang logik , yang berguna untuk merancang litar digital. Dalam litar digital seperti mikropemproses, transistor yang berfungsi sebagai suis (on-off) di MOSFET, misalnya, voltan yang dikenakan pada pintu menentukan sama ada suis dihidupkan atau dimatikan.

Transistor digunakan untuk litar analog tidak bertindak sebagai suis (on-off) secara relatif, mereka bertindak balas terhadap julat input yang berterusan dengan julat output yang berterusan. Litar analog biasa merangkumi pengayun dan penguat. Litar yang menghubungkan atau menerjemahkan antara litar analog dan litar digital dikenali sebagai litar isyarat campuran.

Kelebihan Peranti Semikonduktor

  • Oleh kerana peranti semikonduktor tidak memiliki filamen, maka tidak diperlukan daya untuk memanaskannya sehingga menyebabkan pelepasan elektron.
  • Oleh kerana tidak diperlukan pemanasan, peranti semikonduktor dihidupkan sebaik sahaja litar dihidupkan.
  • Semasa operasi, peranti semikonduktor tidak mengeluarkan bunyi bersenandung.
  • Peranti semikonduktor memerlukan operasi voltan rendah berbanding dengan tiub vakum.
  • Oleh kerana saiznya yang kecil, litar yang melibatkan peranti semikonduktor sangat padat.
  • Peranti semikonduktor adalah bukti kejutan.
  • Peranti semikonduktor lebih murah jika dibandingkan dengan tiub vakum.
  • Peranti semikonduktor mempunyai jangka hayat yang hampir tidak terhad.
  • Oleh kerana tidak ada vakum yang harus dibuat pada alat semikonduktor, mereka tidak menghadapi masalah kemerosotan vakum.

Kelemahan Peranti Semikonduktor

  • Tahap kebisingan lebih tinggi pada peranti semikonduktor berbanding dengan tiub vakum.
  • Peranti semikonduktor biasa tidak dapat mengendalikan kekuatan yang lebih banyak seperti yang dilakukan oleh tiub vakum biasa.
  • Dalam julat frekuensi tinggi, mereka mempunyai respon yang lemah.

Oleh itu, ini semua mengenai pelbagai jenis peranti semikonduktor merangkumi dua terminal, tiga terminal dan empat peranti terminal. Kami harap anda mendapat pemahaman yang lebih baik mengenai konsep ini. Selanjutnya, sebarang keraguan mengenai konsep ini atau projek elektrik dan elektronik, sila berikan maklum balas anda dengan memberi komen di bahagian komen di bawah. Berikut adalah soalan untuk anda, apakah aplikasi peranti semikonduktor?

Kredit Foto: