Das Halbleiterbauelement besteht aus einem Material, das weder ein guter Leiter noch ein guter Isolator ist. Es wird als Halbleiter bezeichnet. Solche Geräte haben aufgrund ihrer Zuverlässigkeit, Kompaktheit und geringen Kosten breite Anwendungen etabliert. Hierbei handelt es sich um diskrete Komponenten, die in Leistungsgeräten, kompakten optischen Sensoren und Lichtemittern, einschließlich Festkörperlasern, verwendet werden. Sie verfügen über ein breites Spektrum an Strom- und Spannungshandhabungsmöglichkeiten mit Nennströmen von mehr als 5.000 Ampere und Nennspannungen von mehr als 100.000 Volt. Wichtiger, Halbleiterbauelemente eignen sich für die Integration in komplexe, aber leicht aufbaubare mikroelektronische Schaltungen. Sie haben eine wahrscheinliche Zukunft, die Schlüsselelemente der meisten elektronischen Systeme, einschließlich der Kommunikation mit Datenverarbeitungs-, Verbraucher- und Industriesteuerungsgeräten.

Was sind Halbleiterbauelemente?

Halbleiterbauelemente sind nichts anderes als elektronische Bauteile die die elektronischen Eigenschaften von Halbleitermaterialien wie Silizium, Germanium und Galliumarsenid sowie organischen Halbleitern ausnutzen. Halbleiterbauelemente haben Vakuumröhren in vielen Anwendungen ersetzt. Sie verwenden eine elektronische Leitung im festen Zustand im Gegensatz zur thermionischen Emission im Hochvakuum. Halbleiterbauelemente werden sowohl für diskrete Bauelemente als auch für diskrete Bauelemente hergestellt integrierte Schaltkreise , die aus wenigen bis Milliarden von Bauelementen bestehen, die auf einem einzelnen Halbleitersubstrat oder Wafer hergestellt und miteinander verbunden sind.

Halbleiterbauelemente

Halbleitermaterialien sind aufgrund ihres Verhaltens nützlich, das durch Zugabe von Verunreinigungen leicht manipuliert werden kann. Dies wird als Dotierung bezeichnet. Die Halbleiterleitfähigkeit kann durch das elektrische oder magnetische Feld, durch Licht- oder Wärmeeinwirkung oder durch die mechanische Verformung eines dotierten monokristallinen Gitters gesteuert werden, so dass Halbleiter hervorragende Sensoren darstellen können. Die Stromleitung in einem Halbleiter erfolgt frei von Elektronen und Löchern, die zusammen als Ladungsträger bezeichnet werden. Die Dotierung von Silizium erfolgt durch Zugabe einer kleinen Menge an Verunreinigungsatomen und erhöht auch für Phosphor oder Bor die Anzahl der Elektronen oder Löcher innerhalb des Halbleiters erheblich.

Wenn ein dotierter Halbleiter überschüssige Löcher enthält, wird er als 'p-Typ' -Halbleiter (positiv für Löcher) bezeichnet, und wenn er einen gewissen Überschuss an freien Elektronen enthält, wird er als 'n-Typ' -Halbleiter (negativ für Elektronen) bezeichnet Zeichen der Gebühr der Mehrheit der Mobilfunkanbieter. Die Übergänge, die sich dort bilden, wo Halbleiter vom n-Typ und vom p-Typ miteinander verbunden sind, werden als pn-Übergang bezeichnet.

Diode

Ein Halbleiter Diode ist ein Gerät typischerweise bestehend aus einem einzelnen pn-Übergang. Der Übergang eines Halbleiters vom p-Typ und vom n-Typ bildet einen Verarmungsbereich, in dem die Stromleitung durch das Fehlen mobiler Ladungsträger reserviert ist. Wenn die Vorrichtung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, wird dieser Verarmungsbereich reduziert, was eine signifikante Leitung ermöglicht. Wenn die Diode in Sperrrichtung vorgespannt ist, kann nur weniger Strom erreicht werden und der Verarmungsbereich kann erweitert werden. Wenn ein Halbleiter Licht ausgesetzt wird, können Elektronenlochpaare erzeugt werden, was die Anzahl der freien Ladungsträger und damit die Leitfähigkeit erhöht. Dioden, die optimiert wurden, um dieses Phänomen auszunutzen, werden als Fotodioden bezeichnet. Verbundhalbleiterdioden werden auch zur Erzeugung von Licht, Leuchtdioden und Laserdioden verwendet.

Diode

Transistor

Bipolartransistoren werden durch zwei pn-Übergänge entweder in pnp- oder npn-Konfiguration gebildet. Die Mitte oder Basis, der Bereich zwischen den Übergängen ist typischerweise sehr eng. Die anderen Regionen und ihre zugehörigen Anschlüsse werden als Emitter und Kollektor bezeichnet. Ein kleiner Strom, der durch den Übergang zwischen Basis und Emitter eingespeist wird, ändert die Eigenschaften des Basiskollektorübergangs, sodass er Strom leiten kann, obwohl er in Sperrrichtung vorgespannt ist. Dies erzeugt einen größeren Strom zwischen dem Kollektor und dem Emitter und wird durch den Basis-Emitter-Strom gesteuert.

Transistor

Ein anderer Transistortyp mit dem Namen Feldeffekttransistor Es arbeitet nach dem Prinzip, dass die Halbleiterleitfähigkeit durch das Vorhandensein eines elektrischen Feldes erhöht oder verringert werden kann. Ein elektrisches Feld kann die Anzahl der Elektronen und Löcher in einem Halbleiter erhöhen und somit seine Leitfähigkeit ändern. Das elektrische Feld kann durch einen in Sperrrichtung vorgespannten pn-Übergang angelegt werden und bildet einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) oder durch eine Elektrode, die durch eine Oxidschicht vom Schüttgut isoliert ist, und es bildet a Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET).

“wie wird wechselstrom erzeugt ”

Heute wird ein Tag am häufigsten im MOSFET, einem Festkörperbauelement und Halbleiterbauelementen verwendet. Die Gateelektrode wird aufgeladen, um ein elektrisches Feld zu erzeugen, das die Leitfähigkeit eines „Kanals“ zwischen zwei Anschlüssen steuern kann. Dies wird als Source und Drain bezeichnet. Abhängig von der Art des Trägers in dem Kanal kann die Vorrichtung ein n-Kanal- (für Elektronen) oder ein p-Kanal- (für Löcher) MOSFET sein.

Materialien für Halbleiterbauelemente

Das Silizium (Si) ist das am weitesten verbreitete Material in Halbleiterbauelementen. Es hat niedrigere Rohstoffkosten und einen relativ einfachen Prozess. Sein nützlicher Temperaturbereich macht es derzeit zum besten Kompromiss unter den verschiedenen konkurrierenden Materialien. Silizium, das bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen verwendet wird, wird derzeit zu Schalen verarbeitet, deren Durchmesser groß genug ist, um die Herstellung von 300 mm (12 Zoll) Wafern zu ermöglichen.

Germanium (Ge) war in frühen Halbleitermaterialien weit verbreitet, aber seine thermische Empfindlichkeit ist weniger nützlich als Silizium. Heutzutage wird Germanium häufig mit (Si) -Silicium legiert, um in SiGe-Geräten mit sehr hoher Geschwindigkeit verwendet zu werden. IBM ist ein Haupthersteller solcher Geräte.

Galliumarsenid (GaAs) wird auch häufig bei Hochgeschwindigkeitsvorrichtungen verwendet, aber bisher war es schwierig, Schalen mit großem Durchmesser aus diesem Material zu bilden, wodurch die Waferdurchmessergrößen erheblich kleiner als bei Siliziumwafern begrenzt wurden, wodurch die Massenproduktion von Galliumarsenid hergestellt wurde (GaAs) Bauelemente deutlich teurer als Silizium.

Liste der gängigen Halbleiterbauelemente

Die Liste der üblichen Halbleiterbauelemente umfasst hauptsächlich zwei Anschlüsse, drei Anschlüsse und vier Endgeräte.

Gängige Halbleiterbauelemente

Die Geräte mit zwei Endgeräten sind

Diode (Gleichrichterdiode)
Gunn Diode
IMPACT-Dioden
Laserdiode
Zenerdiode
Schottky Diode
PIN-Diode
Tunneldiode
Leuchtdiode (LED)
Fototransistor
Fotozelle
Solarzelle
Transienten-Spannungsunterdrückungsdiode
VCSEL

Drei-Endgeräte sind

Bipolartransistor
Feldeffekttransistor
Darlington-Transistor
Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT)
Unijunction-Transistor
Siliziumgesteuerter Gleichrichter
Thyristor
TRIAC

Geräte mit vier Endgeräten sind

Fotokoppler (Optokoppler)
Hall-Effekt-Sensor (Magnetfeldsensor)

Anwendungen für Halbleiterbauelemente

Alle Arten von Transistoren können als verwendet werden Bausteine von Logikgattern Dies ist nützlich für den Entwurf digitaler Schaltungen. In digitalen Schaltungen wie Mikroprozessoren, Transistoren, die beispielsweise als Schalter (Ein-Aus) im MOSFET wirken, bestimmt die an das Gate angelegte Spannung, ob der Schalter ein- oder ausgeschaltet ist.

Die Transistoren, die für analoge Schaltungen verwendet werden, wirken nicht relativ als Schalter (Ein-Aus), sondern reagieren auf einen kontinuierlichen Eingangsbereich mit einem kontinuierlichen Ausgangsbereich. Übliche analoge Schaltungen umfassen Oszillatoren und Verstärker. Die Schaltungen, die eine Schnittstelle zwischen analogen und digitalen Schaltungen bilden oder zwischen diesen übersetzen, werden als Mixed-Signal-Schaltungen bezeichnet.

“Unterschied zwischen Wellenlänge und Frequenz ”

Vorteile von Halbleiterbauelementen

Da Halbleiterbauelemente keine Filamente aufweisen, wird keine Energie benötigt, um sie zu erwärmen und die Emission von Elektronen zu verursachen.
Da keine Heizung erforderlich ist, werden Halbleiterbauelemente in Betrieb genommen, sobald die Schaltung eingeschaltet wird.
Während des Betriebs erzeugen Halbleiterbauelemente kein Brummen.
Halbleiterbauelemente erfordern im Vergleich zu Vakuumröhren einen Niederspannungsbetrieb.
Aufgrund ihrer geringen Größe sind die Schaltungen mit Halbleiterbauelementen sehr kompakt.
Halbleiterbauelemente sind stoßfest.
Halbleiterbauelemente sind im Vergleich zu Vakuumröhren billiger.
Halbleiterbauelemente haben eine nahezu unbegrenzte Lebensdauer.
Da in Halbleiterbauelementen kein Vakuum erzeugt werden muss, treten bei ihnen keine Probleme mit der Vakuumverschlechterung auf.

Nachteile von Halbleiterbauelementen

Der Rauschpegel ist bei Halbleiterbauelementen höher als bei Vakuumröhren.
Gewöhnliche Halbleiterbauelemente können nicht so viel Leistung verarbeiten wie gewöhnliche Vakuumröhren.
Im Hochfrequenzbereich haben sie einen schlechten Responder.

Es handelt sich also um verschiedene Arten von Halbleiterbauelementen, darunter zwei Anschlüsse, drei Anschlüsse und vier Anschlussgeräte. Wir hoffen, dass Sie dieses Konzept besser verstehen. Wenn Sie Zweifel an diesem Konzept oder an elektrischen und elektronischen Projekten haben, geben Sie bitte Ihr Feedback, indem Sie dies im Kommentarbereich unten kommentieren. Hier ist eine Frage für Sie, was sind die Anwendungen von Halbleiterbauelementen?

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