Video: How Does a Transistor Work? 2024
Dioder og transistorer er laget av halvledere som silisium og germanium. Rene halvledere vil ikke lede elektrisk strøm, men hvis du dope en halvleder ved å legge til visse typer urenheter, kjent som dopanter , endrer du halvleders elektriske egenskaper, og det vil oppfør når en spenning påføres den på den riktige måten.
Atomer av en ren halvleder, slik som silisium, holdes sammen av sterke kovalente bindinger i en tredimensjonal krystallinsk struktur. Hvert silisiumatom deler sine 8 valens (ytre) elektroner med nærliggende atomer. Ved å dopere et rent halvledermateriale, forstyrrer du sine bindinger og frigjør ladere .
Dopanter er ingen dope; de prøver å maskerere som en av krystallens atomer, forsøker å knytte sammen med andre atomer, men de er bare forskjellige nok til å røre opp ting litt. For eksempel har et arsen-atom et ytterligere elektron enn et atom av silisium. Når du legger til en liten mengde arsen til en haug med silisiumatomer, muskler hvert arsenatom seg inn i, binder seg sammen med silisiumatomer, men forlater den ekstra elektronen som drev rundt gjennom krystallet. Selv om det dopede materialet er elektrisk nøytral, inneholder det nå en gjeng med gratis elektroner som vandrer uten mål, noe som gjør det mye mer ledende. Ved å dopse silisiumet, endrer du dets elektriske egenskaper: Når dopanten blir tilsatt, blir silisium mer ledende.
En annen måte å dope halvledere på er å bruke materialer som bor, hvor hvert atom har en færre valenselektron enn et silisiumatom. For hvert boratom du legger til en silisiumkrystall, får du det som er kjent som et hull i den krystallinske strukturen der en ytre elektron burde være. Uansett hvor det er et hull i strukturen, er bindingen som holder atomer sammen, så sterk, det vil stjele en elektron fra et annet atom for å fylle hullet, etterlate et hull et annet sted, som deretter blir fylt av en annen elektron og så videre.
Du kan tenke på denne prosessen som hullet beveger seg inne i krystallet. (Vel, elektronene beveger seg, men det ser ut til at posisjonen til hullet fortsetter å bevege seg.) Fordi hvert hull representerer en manglende elektron, har bevegelsen av hull samme effekt som en strøm av positive ladninger.
Urenheter som frigjør elektroner (negative ladninger) for å bevege seg gjennom en halvleder kalles donordopanter , og den dopte halvleder er kjent som en N-type halvleder . Arsen er en typisk donor dopant.
urenheter (som bor) som frigjøringshull (som positive ladninger) for å bevege seg gjennom en halvleder kalles akseptor dopanter , og den dopte halvleder er kjent som en P- type halvleder . Bor er en typisk akseptor dopant.
Hvis du bruker en spenningskilde over enten en N-type eller en P-type halvleder, virker den dopede halvlederen som en leder og gjør at strømmen kan strømme. Men hvis du kombinerer en halvleder av typen N og P, vil strømmen flyte i bare en retning gjennom pn-krysset - og bare under visse spenningsforhold. Ved å opprette forskjellige kombinasjoner av P-typer og N-typer, oppretter du forskjellige typer dioder og transistorer.
