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半導体

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半導体は、エレクトロニクスをビルドに使用される広範囲で、世界の半導体産業の基礎です。

半導体は、銅や金のようなほとんどの金属と絶縁体の電気伝導度は通常、固体物質です。最も一般的な半導体材料は薄く、洗練されたウェーハのフォームで利用可能な作られている結晶シリコンです。

半導体は、p 型と n 型の 2 種類があります。これらは、隣同士におよび p-n 接合や p n トランジスタなどの半導体デバイスを構築するさまざまな構成で製造されています。各構成には、さまざまな電子デバイスで役に立つユニークな電気的特性が所有しています。

このビデオは半導体材料の基本的な原則とダイオードの形で p n 接合の特性を紹介します。次に、それは半導体のいくつかの実世界のアプリケーションに続いて、ダイオードの特性評価に段階的なプロトコルを示します。

最も純粋なまたは組み込み半導体、シリコンなどは顕著な電気伝導体ではありません。これは各シリコン原子は原子価または最も外側のシェルの 4 つの電子を持っているのでです。これらの電子を自由電子を欠いている格子構造の作成、共有結合を形成する隣接のシリコン原子と共有します。したがって、半導体がつくられるより導電性不純物の添加によるプロセスとして知られているドーピング、ドーピングまたは外因性半導体を形成します。

これらの不純物は、2 つのタイプ: ドナー ・ アクセプター。「寄付者」、リンおよびヒ素のようなその原子価殻で 5 つ電子があります。これらの 4 つは、隣接のシリコン原子と共有結合を形成するために使用されます。残りの 1 つの電子は自由に格子を移動です。不純物ドープ半導体、電子が主要な電荷キャリアであるのこのタイプは、n 型半導体と呼ばれます。

今、不純物がアルミニウム、ホウ素などの受容体分子の場合、結果は異なります。これらの受容体の原子価殻で唯一の 3 つの電子があります。したがって、アクセプター原子がフォーム債周囲のシリコン原子とそれは正荷電の電子として効果的に動作する「穴」と呼ばれる正の電荷の地域の背後にある葉します。穴は今、格子を移動する無料です。このタイプの穴に大半の電荷キャリア ドープされた半導体を p 型半導体と呼びます。

今、単一の半導体結晶やウェーハ上の領域はドナー原子をドープした、隣接地域はアクセプター原子をドープした pn 接合が形成されます。P と n の領域間のインターフェイスは、接合境界と呼ばれます。

接合部の境界で n 領域の過剰電子 p-領域に向かってびまんし、は p 領域の余分な穴を同時に n 領域に向かって拡散します。

この拡散の結果として p 領域のアクセプター原子となって不動の負荷電イオンに不動の肯定的なイオンになる n 地域でドナー原子。したがってで p と n の領域間の境界、「枯渇地域」は、携帯電話の電子が不足し穴が形成されます。

P 型の空乏領域でのマイナス イオンは、n 型の空乏領域で肯定的なイオンを撃退する n 領域に p 領域から拡散穴ながら p 領域に n 領域から拡散電子を撃退します。

つまり、空乏領域におけるイオンのビルドアップからの電界は効果的にジャンクションを横切って流れる電流をブロックします。ただし、現在は、交差点の間の電圧を適用することによってフローが再開可能です。

として知られている肯定的な電圧降下を適用した場合、「フォワード バイアス」、空乏領域の幅が減少するため、ために電子と正孔を飛び越えるジャンクション、とこのように電流が流れる構成領域の電界を低減しますします。

逆に、接合を横切る負の電圧ドロップを適用すると場合、として知られている「逆バイアス」、空乏領域の幅が増加し、。これは順番に領域の電界強度と電子の流れに対する抵抗を増加させるし、接合を横切る穴します。

電流が従って p-n 接合を一方向にのみ流れます。ショックレーのダイオード方程式は、ダイオードの電圧降下と温度の関数としてこの電流を計算する使用ことができます。ここでは、'e' は電子の電荷、' n ' 実際のダイオードが理想ダイオードを基準にして実行する方法を特徴づける理想係数 'Kb' はボルツマンの定数、'Isat' は逆バイアスをかけたときにもデバイスを流れる小さな電流。

今お知らせ基礎を完了した p-n 接合の特性評価にステップバイ ステップのプロトコルを確認します。最初に必要な材料・機器、すなわち半導体ダイオード、発光ダイオードまたは LED、電源、2 つのデジタル ・ マルチメータ、1 キロ オームの抵抗、いくつかのバナナ ケーブルとコネクタ、および温度計を取得します。

半導体ダイオードを見て、赤端子と黒の端子があることを確認します。黒のターミナルは陰極と呼ばれる、赤端子アノード。

次に、ダイオードの陽極のある直列に抵抗を接続します。その後、バナナ ケーブルを使用すると、抵抗器の未接続の端に電源の肯定的なターミナルを接続します。次にダイオードのカソードを電流計のプラス端子と回路を完成する回路を完成する電源の負の端子に電流計のマイナス端子に接続します。

ダイオードは、順方向バイアスでは今です。部屋の温度を記録します。次に、回路を介して +5 ボルトの直流を供給する電源ユニットを設定します。

ダイオードは順方向バイアス、必要があります、回路を流れる電流とダイオード降下電圧。

次に、ダイオードのアノードの 2 番目のマルチメータの正極リードとカソードに負のリード線を接続します。マルチメータ、電圧計モードと電圧降下を測定を確認します。なお、現在の電流計で記録されました。

今、異なる電圧を生成し、対応するドロップを記録、電圧計と電流計を使用してそれを流れる電流を使用してダイオード両端電源を調整します。

また、各読書のため周囲温度に注意してください、ダイオード電圧の範囲のプロトコルを繰り返します。

すべての測定値が記録されると、電圧計を外し、電源をオフにします。アノードとカソードの接続が逆に今、ダイオードは逆方向バイアス モードで接続されているダイオードを反転、同じ他のすべてを維持します。

電源オンし、ダイオードのカソードに負の鉛アノードに接続されたデジタルマルチメータの肯定的なリードで、ダイオードの両端間電圧計を接続し直します。

ダイオード、温度、ダイオードの電圧の範囲のダイオードに流れる電流の電圧降下を記録します。電源装置の電源を切り、ダイオードを外します。

最後に、ダイオードの代わりに LED を接続し、電圧降下の範囲のための前方および逆のバイアス構成で LED を観察します。

プロトコルは今完了、ダイオードと LED の両方を使用して前方および逆バイアスの実験の結果を確認してみましょう。まず、様々 な電圧のためダイオードを通過する電流をショックレーのダイオード方程式を用いた落下し、製造元提供 Isat 値を計算します。たとえば、0.913 ミリ アンペアを 293 ケルビンの温度と 555 ミリ ボルトの測定ダイオードの電圧は、ダイオードに流れる電流を計算できます。

前方および逆バイアスに接続されているダイオード回路測定の典型的な結果は、テーブルに表示されます。現在の計算結果と測定は、測定ダイオード電圧の関数としてプロットされます。これがダイオードの「特性曲線」と呼ばれます。

プロットは、ダイオードの電圧の測定と計算の両方の電流の指数依存性を示しています。具体的には、ダイオードが偏りのある前方を通過する電流ができるようにそれが観察されます。

しかし、とき、ダイオードは逆バイアス、電流流れる効果的にことをのみ一方向に電流の流れを可能にするバルブ。まだ流れ、ダイオードは、逆バイアス時にもなんとか小さな電流は飽和電流です。

半導体は、科学的なデータ処理を目的に使用される複雑なスーパー コンピューターに私たちのテレビの表示で使用される単純な Led に至る全体のエレクトロニクス業界の基盤を形成します。

半導体は、だけでなく、使用されるビルドの p-n 接合またはダイオードが、また n p であるトランジスタまたは p n 接合。これらのトランジ スターは、AND、OR など基本的なブール論理演算を実行することができます回路である論理ゲートや NAND を構築する使用することができますすべての現代のエレクトロニクスの基礎です。デジタル加算や乗算などのより複雑な操作を実行する必要に応じて、これらの論理演算を結合できます。このユーティリティを使用すると、コンピューターのプロセッサとメモリを構築することもできます。

半導体材料は、光エレクトロニクス アプリケーションのための光を生成する使用できます。たとえば、発光ダイオードまたは LED はアクティブになったときに光を発する p-n 接合です。それに適切な電圧を適用すると、光の形でエネルギーを放出、デバイス内の穴と電子が再結合します。

半導体から作られる Led は、従来の白熱電球よりもより多くのエネルギー効率の高い光源です。したがって、Led は環境にアプリケーションを発見した、タスク照明、電子表示し通信技術を高度な。

ゼウスの半導体入門を見てきただけ。半導体と原理、仕組み、pn 接合の特性の基本を理解する必要がありますようになりました。見てくれてありがとう!

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