Video: Elektronikkens grundbegreber 2 2025
Halvledere anvendes i vid udstrækning i elektroniske kredsløb. Som navnet antyder, er en halvleder et materiale, der udfører strøm, men kun delvis. Ledningsevnen af en halvleder er et sted imellem en isolator, som næsten ikke har ledningsevne og en leder, der har næsten fuld ledningsevne. De fleste halvledere er krystaller lavet af visse materialer, oftest silicium.
For at forstå, hvordan halvledere arbejder, skal du først forstå lidt om, hvordan elektroner er organiseret i et atom. Elektronerne i et atom er organiseret i lag. Disse lag hedder skaller. Den yderste skal hedder valence shell.
Elektronerne i denne shell er dem, der danner bindinger med naboatomer. Sådanne bindinger kaldes kovalente bindinger . De fleste ledere har kun en elektron i valensskallen. Halvledere har derimod typisk fire elektroner i deres valensskal.
Hvis alle de nærliggende atomer er af samme type, er det muligt for alle valenselektronerne at binde med valenselektroner fra andre atomer. Når det sker, arrangerer atomer sig i strukturer kaldet krystaller . Halvledere er lavet af sådanne krystaller, sædvanligvis siliciumkrystaller.
Her repræsenterer hver cirkel et siliciumatom, og linjerne mellem atomerne repræsenterer de delte elektroner. Hver af de fire valenselektroner i hvert siliciumatom er delt med et nabostillet siliciumatom. Således er hvert siliciumatom bundet med fire andre siliciumatomer.
Rene siliciumkrystaller er ikke alle de nyttige elektroniske. Men hvis du introducerer små mængder af andre elementer i en krystal, begynder krystalet at fungere på en interessant måde.
Processen med bevidst at indføre andre elementer i en krystal kaldes doping . Elementet introduceret ved doping kaldes en dopant . Ved omhyggeligt at kontrollere dopningsprocessen og de dopningsmidler, der anvendes, kan siliciumkrystaller omdannes til en af to forskellige typer af ledere:
-
Halvleder af typen N Lavet, når dopanten er et element, der har fem elektroner i dets valenslag. Fosfor er almindeligt anvendt til dette formål.
Fosforatomerne slutter lige i krystalstrukturen af siliciumet, idet hver enkelt binding med fire tilstødende siliciumatomer ligesom et siliciumatom ville. Fordi fosforatomet har fem elektroner i sin valensskal, men kun fire af dem er bundet til tilstødende atomer, forbliver den femte valenselektronik uden at binde sig til.
De ekstra valenselektroner i phosphoratomerne begynder at opføre sig som de enkelte valenselektroner i en regelmæssig leder som kobber. De er fri til at bevæge sig om. Fordi denne type halvleder har ekstra elektroner, kaldes den en N-type halvleder.
-
P-type halvleder: Gælder når dopanten (som bor) kun har tre elektroner i valensskallen. Når en lille mængde er inkorporeret i krystallen, kan atomet binde sig sammen med fire siliciumatomer, men da det kun har tre elektroner at tilbyde, oprettes et hul . Hullet opfører sig som en positiv ladning, så halvledere doperet på denne måde kaldes P-type halvledere.
Som en positiv ladning tiltager huller elektroner. Men når et elektron flytter ind i et hul, forlader elektronen et nyt hul på sin tidligere placering. Således bevæger huller i en halvleder af P-typen konstant rundt i krystalet, da elektronerne konstant forsøger at fylde dem.
Når spænding påføres enten en N-type eller en P-type halvleder, strømmer strømmen af samme grund som det strømmer i en regulær leder: Den negative side af spændingen skubber elektroner, og den positive side trækker dem. Resultatet er, at den tilfældige elektron- og hulbevægelse, som altid er til stede i en halvleder, bliver organiseret i en retning, hvilket skaber målbar elektrisk strøm.
