Video: How Does a Transistor Work? 2024
Dioder og transistorer er lavet af halvledere, såsom silicium og germanium. Rene halvledere vil ikke lede elektrisk strøm, men hvis du dæk en halvleder ved at tilføje visse typer urenheder, kendt som dopanter , ændrer du halvlederens elektriske egenskaber, og det vil adfærd, når en spænding påføres den på den rigtige måde.
Atomer af en ren halvleder, såsom silicium, holdes sammen af stærke kovalente bindinger i en tredimensionel krystallinsk struktur. Hvert siliciumatom deler sine 8 valence (ydre) elektroner med nabolande atomer. Ved doping et rent halvledermateriale forstyrrer du sine bindinger og frigør ladningsbærere .
Dopanter er ingen dope; de forsøger at maskerer som et af krystalets atomer, idet de forsøger at binde sig sammen med de andre atomer, men de er bare forskellige nok til at røre tingene lidt op. For eksempel har et arsenat et yderligere ydre elektron end et siliciumatom. Når du tilføjer en lille mængde arsen til en flok siliciumatomer, muskler hver arsenatom sig ind i bindingen med siliciumatomerne, men lader sin ekstra elektron glide rundt gennem krystallen. Selvom det dopede materiale er elektrisk neutralt, indeholder det nu en flok frie elektroner, der stræber sig målløst - hvilket gør det meget mere ledende. Ved doping af silicium ændrer du dets elektriske egenskaber: Hvor det dopemiddel tilsættes, bliver siliconen mere ledende.
En anden måde at dope halvledere på er at bruge materialer som bor, hvor hvert atom har en færre valenselektron end et siliciumatom. For hvert boratatom du tilføjer til en siliciumkrystal, får du det såkaldte hul i den krystallinske struktur, hvor en ydre elektron skal være. Hvor som helst der er et hul i strukturen, er bindingen, der holder atomerne sammen, så stærk, at den stjæler en elektron fra et andet atom for at fylde hullet og efterlader et hul et andet sted, som derefter bliver fyldt af en anden elektron og så videre.
Du kan tænke på denne proces, da hullet bevæger sig inde i krystal. (Nå, elektronerne bevæger sig, men det ser ud til, at hullets position bevæger sig.) Fordi hvert hul repræsenterer en manglende elektron, har bevægelsen af huller den samme effekt som en strøm af positive ladninger.
Urenheder, der frigiver elektroner (negative ladninger) til at bevæge sig gennem en halvleder kaldes donordopanter , , og den dopede halvleder er kendt som en N-type halvleder . Arsen er en typisk donor dopant.
urenheder (såsom bor), som frigør huller (som positive ladninger) til at bevæge sig gennem en halvleder kaldes acceptor dopanter , , og den dopede halvleder er kendt som en P- type halvleder . Bor er en typisk acceptor dopant.
Hvis du anvender en spændingskilde over enten en N-type eller en P-type halvleder, virker den dopede halvleder som en leder og tillader strøm at strømme. Men hvis du kombinerer en halvleder af typen N og P, strømmer strømmen kun i én retning gennem pn-krydset - og kun under visse spændingsforhold. Ved at oprette forskellige kombinationer af P-typer og N-typer, opretter du forskellige typer dioder og transistorer.
