Проще говоря, полупроводниковые устройства представляют собой тип электронных компонентов, которые спроектированы, разработаны и изготовлены на основе таких полупроводниковых материалов, как кремний (Si), германий (Ge) и арсенид галлия (GaAs).
С момента их использования в конце 1940-х (или начале 1950-х) полупроводники стали основным материалом при производстве электроники и ее вариантов, таких как оптоэлектроника и термоэлектроника.
До использования полупроводниковых материалов в электронных устройствах вакуумные лампы использовались в конструкции электронных компонентов. Основное различие между электронными лампами и полупроводниковыми устройствами заключается в том, что в электронных лампах проводимость электронов происходит в газообразном состоянии, тогда как в случае полупроводниковых устройств это происходит в «твердом состоянии». Полупроводниковые устройства можно найти как в виде дискретных компонентов, так и в виде интегральных схем.
Почему полупроводники?
Основная причина использования полупроводниковых устройств (лежащих в основе полупроводниковых материалов) в производстве электронных устройств и компонентов - это возможность легко управлять проводимостью носителей заряда, то есть электронов и дырок.
Как упоминалось ранее, электропроводность полупроводниковых материалов находится между проводниками и изоляторами. Даже эта проводимость может контролироваться внешними или внутренними факторами, такими как электрическое поле, магнитное поле, свет, температура и механические искажения.
Пока что игнорируя внешние факторы, такие как температура и свет, процесс, называемый легированием, обычно выполняется с полупроводниковыми материалами, когда в его структуру вводятся примеси, чтобы изменить структурные, а также электрические свойства.
Чистый полупроводник известен как внутренний полупроводник, в то время как нечистый или легированный полупроводник известен как внешний полупроводник.
Когда количество свободных электронов в полупроводниковой структуре увеличивается после легирования, полупроводник известен как полупроводник n-типа. Точно так же, если количество отверстий увеличено, он известен как полупроводник p-типа.
Собственная проводимость полупроводников
Если напряженность электрического поля в образце равна нулю, то движение освободившихся электронов и "дырок" происходит беспорядочно и поэтому не создает электрический ток.
Под воздействием электрического поля электроны и дырки начинают упорядочное (встречное) движение, образуя электрический ток. Проводимость при этих условиях называют собственной проводимостью полупроводников. При этом движение электронов создает электронную проводимость, а движение дырок - дырочную проводимость.
Различные типы полупроводниковых приборов
Ниже приводится небольшой список некоторых из наиболее часто используемых полупроводниковых устройств. В зависимости от физической структуры устройства следующий список подразделяется на устройства с двумя терминалами и устройства с тремя терминалами.
Двухконтактные полупроводниковые приборы
Диод
Диод Шоттки
Светоизлучающий диод (LED)
DIAC
Стабилитрон
Фотодиод (фототранзистор)
PIN-диод
Лазерный диод
Туннельный диод
Фото ячейка
Солнечная батарея
Диод Ганна
IMPATT диод
TVS-диод (диод для подавления переходных напряжений)
VCSEL (лазер с вертикальным резонатором, излучающий поверхность)
Трехконтактные полупроводниковые приборы
Биполярный транзистор
Полевой транзистор
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT)
Транзистор Дарлингтона
Кремниевый управляемый выпрямитель (SCR)
ТРИАК
Тиристор
Однопереходный транзистор
Есть также несколько полупроводников с четырьмя выводами, таких как оптопара (оптопара) и датчик Холла.
Применение полупроводниковых приборов
Как упоминалось ранее, полупроводниковые приборы являются основой почти всех электронных устройств. Некоторые из применений полупроводниковых устройств:
Транзисторы - основные компоненты в различных интегральных схемах, таких как микропроцессоры.
Фактически, они являются основными компонентами в конструкции логических вентилей и других цифровых схем.
Транзисторы также используются в аналоговых схемах, таких как усилители и генераторы.
Объяснение:
Если условия освещенности неизменны, поступающее в глаз количество света пропорционально
площади зрачка. При увеличении или сокращении освещения, зрачок соответственно реагирует
сужением или расширением. Этот чрезвычайно важный рефлекторный механизм осуществляет
регуляцию количества света, поступающего на сетчатку (светочувствительная часть глаза). Суть этого
рефлекторного механизма адаптации в упрощенном виде состоит: (1) в механическом изменении
диаметра зрачка
и (2) регулированием потока света попадающего на зрительные рецепторы (палочки и колбочки)
в изменении находящихся в них химических соединений, пигментов, которые под действием света
меняются, а в темноте вновь восстанавливаются до исходного состояния. Описанный адаптационный
механизм имеет и защитную функцию – оградить глаз от действия мощных световых потоков. В случае
чрезмерного избытка света включается и реакция закрывания глаза.
В сетчатке глаза имеются два вида светочувствительных рецепторов: палочки и колбочки. Палочек
намного больше и они более чувствительны к свету, но отвечают лишь за черно-белое восприятие,и поэтому в сумерках все цвета «гаснут» - при очень низкой интенсивности освещения человеческий глаз
функционирует лишь на основании сигналов передаваемых суперчувствительными палочками.
Ввиду того, что сокращения и расслабления мышц радужной оболочки происходят достаточно
медленно, изменения диаметра зрачка можно наблюдать в зеркале. Скорость этих изменений не
сопоставима со скоростью вспышки фотоаппарата и поэтому, из-за отражения света от находящихся на
дне глаза кровеносных сосудов, на фотографиях часто получается «эффект красных глаз».
Реакция сужения зрачка является одним из основных безусловных рефлексов человека. Именно этот
рефлекс проверяется у потерявших сознание людей (мы все это видели в фильмах когда потерявшему
сознание светят в глаз фонариком).
Эксперимент является хорошим введением к объяснению строения и функционирования глаза человека.
q=F/E=2*10^-6/400=5*10^-9 Кл