Il dispositivo a semiconduttore è costituito da un materiale che non è né un buon conduttore né un buon isolante, si chiama semiconduttore. Tali dispositivi hanno stabilito ampie applicazioni a causa della loro affidabilità, compattezza e basso costo. Si tratta di componenti discreti utilizzati nei dispositivi di alimentazione, nei sensori ottici di compattezza e negli emettitori di luce, inclusi i laser a stato solido. Hanno una vasta gamma di capacità di gestione della corrente e della tensione, con valori nominali di corrente superiori a 5.000 ampere e valori nominali di tensione superiori a 100.000 volt. Ma ancora più importante, dispositivi semiconduttori si prestano all'integrazione in circuiti microelettronici complessi ma facilmente realizzabili. Hanno un futuro probabile, gli elementi chiave della maggior parte dei sistemi elettronici, comprese le comunicazioni con apparecchiature di elaborazione dati, consumatori e controllo industriale.

Cosa sono i dispositivi a semiconduttore?

I dispositivi a semiconduttore non sono altro che componenti elettronici che sfruttano le proprietà elettroniche dei materiali semiconduttori, come il silicio, il germanio e l'arseniuro di gallio, nonché i semiconduttori organici. I dispositivi a semiconduttore hanno sostituito i tubi a vuoto in molte applicazioni. Usano la conduzione elettronica allo stato solido in contrasto con l'emissione termoionica in alto vuoto. I dispositivi a semiconduttore sono prodotti sia per dispositivi discreti che per circuiti integrati , che consistono da pochi a miliardi di dispositivi fabbricati e interconnessi su un singolo substrato semiconduttore o wafer.

Dispositivi a semiconduttore

I materiali semiconduttori sono utili per il loro comportamento che può essere facilmente manipolato mediante l'aggiunta di impurità è noto come drogaggio. La conduttività dei semiconduttori può essere controllata dal campo elettrico o magnetico, dall'esposizione alla luce o al calore, o dalla deformazione meccanica di una griglia monocristallina drogata, quindi i semiconduttori possono essere ottimi sensori. La conduzione di corrente in un semiconduttore avviene priva di elettroni e lacune, noti collettivamente come portatori di carica. Il doping del silicio viene effettuato aggiungendo una piccola quantità di atomi di impurità e anche per fosforo o boro, aumenta significativamente il numero di elettroni o lacune all'interno del semiconduttore.

Quando un semiconduttore drogato contiene buchi in eccesso viene chiamato semiconduttore di 'tipo p' (positivo per i buchi) e quando contiene un eccesso di elettroni liberi, è noto come semiconduttore di 'tipo n' (negativo per gli elettroni), è il segno di carica della maggior parte degli operatori di telefonia mobile. Le giunzioni che si sono formate dove i semiconduttori di tipo n e di tipo p sono uniti insieme è chiamata giunzione p – n.

Diodo

Un semiconduttore diodo è un dispositivo tipicamente costituito da una singola giunzione p-n. La giunzione di un semiconduttore di tipo p e di tipo n forma una regione di esaurimento in cui la conduzione di corrente è riservata dalla mancanza di portatori di carica mobili. Quando il dispositivo è polarizzato in avanti, questa regione di svuotamento viene ridotta, consentendo una conduzione significativa, quando il diodo è polarizzato inversamente, è possibile ottenere solo una minore corrente e la regione di svuotamento può essere estesa. L'esposizione di un semiconduttore alla luce può produrre coppie di lacune elettroniche, il che aumenta il numero di portatori liberi e quindi la conduttività. I diodi ottimizzati per sfruttare questo fenomeno sono noti come fotodiodi. I diodi semiconduttori composti vengono utilizzati anche per generare luce, diodi emettitori di luce e diodi laser.

Diodo

Transistor

Transistor a giunzione bipolare sono formati da due giunzioni p-n, in configurazione p-n-p o n-p-n. Il centro o la base, la regione tra le giunzioni è tipicamente molto stretta. Le altre regioni, ei relativi terminali, sono noti come emettitore e collettore. Una piccola corrente iniettata attraverso la giunzione tra la base e l'emettitore modifica le proprietà della giunzione del collettore di base in modo che possa condurre corrente anche se è polarizzata inversamente. Questo crea una corrente più grande tra il collettore e l'emettitore e controllata dalla corrente dell'emettitore di base.

Transistor

Un altro tipo di transistor denominato come transistor ad effetto di campo , funziona in base al principio che la conduttività dei semiconduttori può aumentare o diminuire per la presenza di un campo elettrico. Un campo elettrico può aumentare il numero di elettroni e lacune in un semiconduttore, modificandone così la conduttività. Il campo elettrico può essere applicato da una giunzione p-n polarizzata inversamente e forma un transistor a effetto di campo a giunzione (JFET) o da un elettrodo isolato dal materiale sfuso da uno strato di ossido, e forma un transistor a effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo (MOSFET).

“come viene prodotta la corrente alternata? ”

Oggi il più utilizzato nel MOSFET, un dispositivo a stato solido e dispositivi a semiconduttore. L'elettrodo di gate viene caricato per produrre un campo elettrico in grado di controllare la conduttività di un “canale” tra due terminali, è chiamato source e drain. A seconda del tipo di portante nel canale, il dispositivo può essere MOSFET a canale n (per elettroni) o canale p (per buchi).

Materiali per dispositivi a semiconduttore

Il silicio (Si) è il materiale più utilizzato nei dispositivi semiconduttori. Ha un costo delle materie prime inferiore e un processo relativamente semplice. Il suo range di temperatura utile lo rende attualmente il miglior compromesso tra i vari materiali concorrenti. Il silicio utilizzato nella produzione di dispositivi semiconduttori è attualmente fabbricato in ciotole di diametro sufficientemente grande da consentire la produzione di wafer da 300 mm (12 pollici).

Il germanio (Ge) era ampiamente utilizzato nei primi materiali semiconduttori, ma la sua sensibilità termica lo rende meno utile del silicio. Al giorno d'oggi, il germanio è spesso legato al silicio (Si) per l'uso in dispositivi SiGe ad altissima velocità. L'IBM è il principale produttore di tali dispositivi.

L'arseniuro di gallio (GaAs) è anche ampiamente utilizzato con dispositivi ad alta velocità, ma finora è stato difficile formare ciotole di grande diametro di questo materiale, limitando le dimensioni del diametro del wafer significativamente più piccole dei wafer di silicio, rendendo così la produzione di massa di arseniuro di gallio (GaAs) dispositivi significativamente più costosi del silicio.

Elenco dei dispositivi a semiconduttore comuni

L'elenco dei dispositivi semiconduttori comuni comprende principalmente due terminali, tre terminali e quattro dispositivi terminali.

Dispositivi comuni a semiconduttore

I dispositivi a due terminali sono

Diodo (diodo raddrizzatore)
Diodo Gunn
Diodi ad IMPATTO
Diodo laser
Diodo Zener
Diodo Schottky
Diodo PIN
Diodo a tunnel
Diodo luminoso (LED)
Foto transistor
Fotocellula
Celle a energia solare
Diodo di soppressione della tensione transitoria
VCSEL

I dispositivi a tre terminali sono

Transistor bipolare
Transistor ad effetto di campo
Transistor Darlington
Transistor bipolare a gate isolato (IGBT)
Transistor unigiunzione
Raddrizzatore controllato al silicio
Tiristore
TRIAC

I dispositivi a quattro terminali sono

Fotoaccoppiatore (fotoaccoppiatore)
Sensore ad effetto Hall (sensore di campo magnetico)

Applicazioni per dispositivi a semiconduttore

Tutti i tipi di transistor possono essere utilizzati come elementi costitutivi delle porte logiche , utile per la progettazione di circuiti digitali. Nei circuiti digitali come i microprocessori, i transistor che agiscono da interruttore (on-off) nel MOSFET, ad esempio, la tensione applicata al gate determina se l'interruttore è acceso o spento.

I transistor sono utilizzati per circuiti analogici non agiscono come interruttori (on-off) relativamente, rispondono a un intervallo continuo di ingresso con un intervallo continuo di uscita. I circuiti analogici comuni includono oscillatori e amplificatori. I circuiti che si interfacciano o traducono tra circuiti analogici e circuiti digitali sono noti come circuiti a segnale misto.

“differenza tra lunghezza d'onda e frequenza ”

Vantaggi dei dispositivi a semiconduttore

Poiché i dispositivi a semiconduttore non hanno filamenti, non è necessaria alcuna potenza per riscaldarli e provocare l'emissione di elettroni.
Poiché non è richiesto alcun riscaldamento, i dispositivi a semiconduttore vengono messi in funzione non appena il circuito viene acceso.
Durante il funzionamento, i dispositivi a semiconduttore non producono alcun ronzio.
I dispositivi a semiconduttore richiedono un funzionamento a bassa tensione rispetto ai tubi a vuoto.
A causa delle loro piccole dimensioni, i circuiti che coinvolgono dispositivi a semiconduttore sono molto compatti.
I dispositivi a semiconduttore sono resistenti agli urti.
I dispositivi a semiconduttore sono più economici rispetto ai tubi a vuoto.
I dispositivi a semiconduttore hanno una durata quasi illimitata.
Poiché non è necessario creare il vuoto nei dispositivi semiconduttori, non hanno problemi di deterioramento del vuoto.

Svantaggi dei dispositivi a semiconduttore

Il livello di rumore è maggiore nei dispositivi a semiconduttore rispetto a quello nei tubi a vuoto.
I normali dispositivi a semiconduttore non sono in grado di gestire la stessa potenza che possono fare i normali tubi a vuoto.
Nella gamma delle alte frequenze, hanno una scarsa risposta.

Quindi, si tratta di diversi tipi di dispositivi a semiconduttore, inclusi due terminali, tre terminali e quattro dispositivi terminali. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, per qualsiasi dubbio riguardante questo concetto o progetti elettrici ed elettronici, si prega di dare il proprio feedback commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, quali sono le applicazioni dei dispositivi a semiconduttore?

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