Video: How Money Controls Politics: Thomas Ferguson Interview 2024
Halvledere brukes mye i elektroniske kretser. Som navnet tilsier, er en halvleder et materiale som utfører nåværende, men bare delvis. Ledningsevnen til en halvleder er et sted mellom en isolator, som nesten ikke har konduktivitet, og en leder som har nesten full konduktivitet. De fleste halvledere er krystaller laget av visse materialer, oftest silisium.
For å forstå hvordan halvledere fungerer, må du først forstå litt om hvordan elektroner er organisert i et atom. Elektronene i et atom er organisert i lag. Disse lagene heter skaller. Det ytterste skallet kalles valence skallet.
Elektronene i dette skallet er de som danner bindinger med nærliggende atomer. Slike bindinger kalles kovalente bindinger . De fleste ledere har bare en elektron i valensskallet. Halvledere, derimot, har typisk fire elektroner i valensskallet.
Hvis alle nærliggende atomer er av samme type, er det mulig for alle valenselektronene å binde med valenselektroner fra andre atomer. Når det skjer, organiserer atomer seg i strukturer kalt krystaller . Halvledere er laget av slike krystaller, vanligvis silisiumkrystaller.
Her representerer hver sirkel et silisiumatom, og linjene mellom atomene representerer de delte elektroner. Hver av de fire valenselektronene i hvert silisiumatom er delt med et nærliggende silisiumatom. Således er hver silisiumatom bundet med fire andre silisiumatomer.
Pure silisiumkrystaller er ikke så nyttige som elektroniske. Men hvis du introduserer små mengder andre elementer i en krystall, begynner krystallet å fungere på en interessant måte.
Prosessen med bevisst innføring av andre elementer i en krystall kalles doping . Elementet introdusert ved doping kalles en dopant . Ved nøye å kontrollere dopeprosessen og dopningsmidlene som brukes, kan silisiumkrystaller forvandles til en av to forskjellige typer ledere:
-
Halvleder av typen N Lagd når dopanten er et element som har fem elektroner i sin valenslag. Fosfor brukes vanligvis til dette formålet.
Fosforatomene går rett inn i krystallstrukturen til silisiumet, hver som binder sammen med fire tilstøtende silisiumatomer, akkurat som et silisiumatom ville. Fordi fosforatomet har fem elektroner i sitt valensskall, men bare fire av dem er bundet til tilstøtende atomer, blir den femte valenselektronen igjen hengende ut med ingenting å binde til.
De ekstra valenselektronene i fosforatomene begynner å oppføre seg som de enkelte valenselektronene i en vanlig leder som kobber. De er fritt til å bevege seg rundt. Fordi denne typen halvleder har ekstra elektroner, kalles den en N-type halvleder.
-
P-type halvleder: Skje når dopanten (som bor) kun har tre elektroner i valensskallet. Når en liten mengde er innarbeidet i krystallet, kan atomet binde seg sammen med fire silisiumatomer, men siden det bare har tre elektroner å tilby, er et hull opprettet. Hullet oppfører seg som en positiv ladning, så halvledere dopet på denne måten kalles P-type halvledere.
Som en positiv ladning tiltrekker hullene elektroner. Men når et elektron beveger seg inn i et hull, forlater elektronen et nytt hull på sin tidligere plassering. I en halvleder av P-typen er det derfor stadig hull rundt i krystallet da elektroner hele tiden prøver å fylle dem opp.
Når spenningen påføres enten en N-type eller en P-type halvleder, strømmer strømmen av samme grunn som det strømmer i en vanlig leder: Den negative siden av spenningen skyver elektroner, og den positive siden trekker dem. Resultatet er at tilfeldig elektron- og hullbevegelse som alltid er tilstede i en halvleder, blir organisert i en retning, og skaper målbar elektrisk strøm.
