Zamonaviy texnologiya yarimo'tkazgichlar deb ataladigan materiallar sinfi tufayli mumkin bo'ldi. Barcha faol komponentlar, integral mikrosxemalar, mikrochiplar, tranzistorlar va ko‘plab datchiklar yarimo‘tkazgich materiallardan qurilgan.
Kremniy elektronikada eng koʻp qoʻllaniladigan yarimoʻtkazgich materiali boʻlsa-da, bir qator yarimoʻtkazgichlar, jumladan, germaniy, galliy arsenid, kremniy karbid va organik yarimoʻtkazgichlar qoʻllaniladi. Har bir materialning xarajat-ishlash nisbati, yuqori tezlikda ishlash, yuqori haroratga chidamlilik yoki signalga kerakli javob berish kabi afzalliklari bor.
Yarim o'tkazgichlar
Yarim o'tkazgichlar foydalidir, chunki muhandislar ishlab chiqarish jarayonida elektr xususiyatlari va xatti-harakatlarini nazorat qiladi. Yarimo'tkazgichning xususiyatlari doping deb ataladigan jarayon orqali yarimo'tkazgichga oz miqdorda aralashmalar qo'shish orqali nazorat qilinadi. Turli xil aralashmalar va konsentratsiyalar turli xil ta'sirlarni keltirib chiqaradi. Dopingni nazorat qilish orqali elektr tokining yarimo'tkazgich orqali o'tish usulini nazorat qilish mumkin.
Mis kabi odatiy o'tkazgichda elektronlar tokni olib yuradi va zaryad tashuvchisi sifatida ishlaydi. Yarimo'tkazgichlarda ham elektronlar, ham teshiklar (elektronning yo'qligi) zaryad tashuvchisi sifatida ishlaydi. Yarimo'tkazgichning dopingini nazorat qilish orqali o'tkazuvchanlik va zaryad tashuvchi elektron yoki teshikka asoslangan bo'lishi uchun moslashtiriladi.
Dopingning ikki turi mavjud:
- N tipidagi dopantlar, odatda fosfor yoki mishyak, beshta elektronga ega bo'lib, ular yarimo'tkazgichga qo'shilganda qo'shimcha erkin elektronni ta'minlaydi. Elektronlar manfiy zaryadga ega bo'lganligi sababli, bu tarzda qo'shilgan material N-tipi deb ataladi.
- P tipidagi dopantlar, masalan, bor va galliy, uchta elektronga ega, buning natijasida yarimo'tkazgich kristalida elektron yo'q. Bu teshik yoki musbat zaryad hosil qiladi, shuning uchun P-tipi deb nomlanadi.
N tipidagi va P tipidagi qo'shimchalar, hatto kichik miqdorda bo'lsa ham, yarimo'tkazgichni munosib o'tkazgichga aylantiradi. Biroq, N tipidagi va P tipidagi yarimo'tkazgichlar maxsus emas va faqat munosib o'tkazgichlardir. Ushbu turlar bir-biri bilan aloqa qilib, P-N birikmasini hosil qilganda, yarimo'tkazgich turli xil va foydali xatti-harakatlarga ega bo'ladi.
P-N ulanish diodi
P-N birikmasi, har bir materialdan farqli o'laroq, o'tkazgich kabi ishlamaydi. Oqimning har ikki yo‘nalishda o‘tishiga ruxsat berish o‘rniga, P-N o‘tish oqimning faqat bir yo‘nalishda o‘tishiga imkon beradi va asosiy diodni yaratadi.
P-N o'tish joyi bo'ylab kuchlanishni oldinga yo'nalishda qo'llash (oldinga egilish) N tipidagi mintaqadagi elektronlarning P tipidagi teshiklari bilan birlashishiga yordam beradi. Diyot orqali oqim oqimini (teskari yo'nalish) teskari tomonga o'zgartirishga urinish elektronlar va teshiklarni bir-biridan ajratib turadi, bu esa oqimning ulanish bo'ylab o'tishiga to'sqinlik qiladi. P-N ulanishlarini boshqa usullar bilan birlashtirish tranzistor kabi boshqa yarimo'tkazgich komponentlariga eshiklarni ochadi.
Tranzistorlar
Asosiy tranzistor diodda ishlatiladigan ikkita emas, balki uchta N tipidagi va P tipidagi materiallarning birlashmasidan tayyorlanadi. Ushbu materiallarni birlashtirish NPN va PNP tranzistorlarini beradi, ular bipolyar o'tish tranzistorlari (BJT) deb nomlanadi. BJT markazi yoki tayanch hududi tranzistorga kalit yoki kuchaytirgich sifatida harakat qilish imkonini beradi.
NPN va PNP tranzistorlari orqa-orqaga joylashtirilgan ikkita diodga o'xshaydi, bu esa barcha oqimlarning har ikki yo'nalishda oqishini bloklaydi. Markaziy qatlam oldinga yo'n altirilgan bo'lsa, markaziy qatlam orqali kichik oqim o'tadi, markaziy qatlam bilan hosil bo'lgan diodaning xususiyatlari butun qurilma bo'ylab kattaroq oqim o'tishi uchun o'zgaradi. Bu harakat tranzistorga kichik oqimlarni kuchaytirish va oqim manbasini yoqadigan yoki oʻchiradigan kalit vazifasini bajarish qobiliyatini beradi.
Tranzistorlar va boshqa yarimo'tkazgichli qurilmalarning ko'p turlari P-N o'tkazmalarini bir necha usulda, ya'ni ilg'or, maxsus funksiyali tranzistorlardan tortib boshqariladigan diodlargacha birlashtirish natijasida yuzaga keladi. Quyida P-N birikmalarining ehtiyotkor kombinatsiyasidan tayyorlangan bir nechta komponentlar keltirilgan:
- DIAC
- Lazerli diod
- Nurli diod (LED)
- Zener diodi
- Darlington tranzistori
- Dala effektli tranzistor (shu jumladan MOSFETlar)
- IGBT tranzistor
- Kremniy bilan boshqariladigan rektifikator
- Integratsiyalashgan sxema
- Mikroprotsessor
- Raqamli xotira (RAM va ROM)
Datchiklar
Yarim o'tkazgichlar ruxsat beradigan joriy nazoratdan tashqari, yarimo'tkazgichlar ham samarali sensorlar hosil qiluvchi xususiyatlarga ega. Ular harorat, bosim va yorug'lik o'zgarishiga sezgir bo'lishi mumkin. Qarshilikning o'zgarishi yarimo'tkazgich sensori uchun eng keng tarqalgan javob turidir.
Yarim o'tkazgich xususiyatlari tufayli mumkin bo'lgan datchiklar turlariga quyidagilar kiradi:
- Hall effekti sensori (magnit maydon sensori)
- Termistor (rezistorli harorat sensori)
- CCD/CMOS (tasvir sensori)
- Fotodiod (yorugʻlik sensori)
- Fotorezistor (yorugʻlik sensori)
- Piezorezistiv (bosim/deformatsiya datchiklari)
