Dispositivos semicondutores e circuitos, aplicações

Dispositivos semicondutores e circuitos, aplicações

O dispositivo semicondutor é feito de um material que não é um bom condutor nem um bom isolante, é denominado semicondutor. Esses dispositivos estabeleceram amplas aplicações devido à sua confiabilidade, compactação e baixo custo. Esses são componentes discretos usados ​​em dispositivos de energia, sensores óticos de compactação e emissores de luz, incluindo lasers de estado sólido. Eles têm uma ampla gama de recursos de manuseio de corrente e tensão, com classificações de corrente de mais de 5.000 amperes e classificações de tensão de mais de 100.000 volts. Mais importante, dispositivos semicondutores se prestam à integração em circuitos microeletrônicos complexos, mas de fácil construção. Eles estão tendo um futuro provável, os elementos-chave da maioria dos sistemas eletrônicos, incluindo comunicações com equipamentos de processamento de dados, de consumo e de controle industrial.



O que são dispositivos semicondutores?

Dispositivos semicondutores nada mais são do que componentes eletrônicos que exploram as propriedades eletrônicas de materiais semicondutores, como silício, germânio e arseneto de gálio, bem como semicondutores orgânicos. Dispositivos semicondutores substituíram tubos de vácuo em muitas aplicações. Eles usam a condução eletrônica no estado sólido em oposição à emissão termiônica em alto vácuo. Dispositivos semicondutores são fabricados para dispositivos discretos e circuitos integrados , que consistem em alguns a bilhões de dispositivos fabricados e interconectados em um único substrato semicondutor ou wafer.


Dispositivos Semicondutores

Dispositivos Semicondutores





Os materiais semicondutores são úteis pelo seu comportamento que pode ser facilmente manipulado pela adição de impurezas é conhecido como dopagem. A condutividade do semicondutor pode ser controlada pelo campo elétrico ou magnético, pela exposição à luz ou calor, ou pela deformação mecânica de uma grade monocristalina dopada, portanto, os semicondutores podem ser excelentes sensores. A condução de corrente em um semicondutor ocorre sem elétrons e lacunas, conhecidos coletivamente como portadores de carga. A dopagem do silício é feita pela adição de uma pequena quantidade de átomos de impureza e também para fósforo ou boro, aumenta significativamente o número de elétrons ou buracos dentro do semicondutor.

Quando um semicondutor dopado contém orifícios em excesso, ele é chamado de semicondutor 'tipo p' (positivo para orifícios), e quando contém algum excesso de elétrons livres, é conhecido como semicondutor 'tipo n' (negativo para elétrons), é o sinal de responsabilidade da maioria das operadoras de celular. As junções que se formaram onde os semicondutores do tipo n e do tipo p são unidos são chamadas de junção p – n.



Diodo

Um semicondutor diodo é um dispositivo normalmente composto de uma única junção p-n. A junção de um semicondutor tipo p e tipo n forma uma região de depleção onde a condução da corrente é reservada pela falta de portadores de carga móvel. Quando o dispositivo é polarizado direto, essa região de depleção é reduzida, permitindo uma condução significativa, quando o diodo é polarizado reversamente, apenas menos corrente pode ser alcançada e a região de depleção pode ser estendida. Expor um semicondutor à luz pode produzir pares de buracos de elétrons, o que aumenta o número de portadores livres e, portanto, a condutividade. Os diodos otimizados para tirar proveito desse fenômeno são conhecidos como fotodiodos. Diodos semicondutores compostos também estão sendo usados ​​para gerar luz, diodos emissores de luz e diodos laser.

Diodo

Diodo

Transistor

Transistores de junção bipolar são formados por duas junções p-n, na configuração p-n-p ou n-p-n. No meio ou base, a região entre as junções é normalmente muito estreita. As outras regiões e seus terminais relacionados são conhecidos como emissor e coletor. Uma pequena corrente injetada através da junção entre a base e o emissor altera as propriedades da junção do coletor da base para que ela possa conduzir a corrente mesmo que seja polarizada reversamente. Isso cria uma corrente maior entre o coletor e o emissor, e é controlada pela corrente do emissor base.


Transistor

Transistor

Outro tipo de transistor denominado como transistor de efeito de campo , ele opera com base no princípio de que a condutividade do semicondutor pode ser aumentada ou diminuída pela presença de um campo elétrico. Um campo elétrico pode aumentar o número de elétrons e lacunas em um semicondutor, alterando assim sua condutividade. O campo elétrico pode ser aplicado por uma junção p-n polarizada reversamente e forma um transistor de efeito de campo de junção (JFET) ou por um eletrodo isolado do material a granel por uma camada de óxido e forma um transistor de efeito de campo semicondutor de óxido metálico (MOSFET).

Agora, o dia é mais usado no MOSFET, um dispositivo de estado sólido e dispositivos semicondutores. O eletrodo da porta é carregado para produzir um campo elétrico que pode controlar a condutividade de um “canal” entre dois terminais, é chamado de fonte e dreno. Dependendo do tipo de portadora no canal, o dispositivo pode ser MOSFET de canal n (para elétrons) ou canal p (para lacunas).

Materiais de dispositivos semicondutores

O silício (Si) é o material mais amplamente utilizado em dispositivos semicondutores. Tem custo de matéria-prima mais baixo e processo relativamente simples. Sua faixa de temperatura útil torna atualmente o melhor compromisso entre os vários materiais concorrentes. O silício usado na fabricação de dispositivos semicondutores é atualmente fabricado em recipientes grandes o suficiente em diâmetro para permitir a fabricação de pastilhas de 300 mm (12 pol.).

O germânio (Ge) era amplamente utilizado nos primeiros materiais semicondutores, mas sua sensibilidade térmica torna-se menos útil do que o silício. Hoje em dia, o germânio é frequentemente ligado ao silício (Si) para uso em dispositivos SiGe de altíssima velocidade. A IBM é o principal produtor desses dispositivos.

O arsenieto de gálio (GaAs) também é amplamente utilizado com dispositivos de alta velocidade, mas até agora, tem sido difícil formar taças de grande diâmetro deste material, limitando os tamanhos do diâmetro do wafer significativamente menor do que o de silício, tornando assim a produção em massa de arsenieto de gálio (GaAs) dispositivos significativamente mais caros do que o silício.

Lista de dispositivos semicondutores comuns

A lista de dispositivos semicondutores comuns inclui principalmente dois terminais, três terminais e quatro dispositivos terminais.

Dispositivos Semicondutores Comuns

Dispositivos Semicondutores Comuns

Os dispositivos de dois terminais são

  • Diodo (diodo retificador)
  • Diodo Gunn
  • Diodos IMPACT
  • Diodo laser
  • Diodo Zener
  • Diodo Schottky
  • Diodo PIN
  • Diodo túnel
  • Díodo emissor de luz (LED)
  • Foto transistor
  • Fotocélula
  • Célula solar
  • Díodo de supressão de tensão transiente
  • VCSEL

Dispositivos de três terminais são

Dispositivos de quatro terminais são

  • Foto acoplador (optoacoplador)
  • Sensor de efeito Hall (sensor de campo magnético)

Aplicações de dispositivos semicondutores

Todos os tipos de transistor podem ser usados ​​como blocos de construção de portas lógicas , que é útil para projetar circuitos digitais. Em circuitos digitais como microprocessadores, transistores que atuam como uma chave (liga-desliga) no MOSFET, por exemplo, a tensão aplicada à porta determina se a chave está ligada ou desligada.

Os transistores são usados ​​para circuitos analógicos não atuam como interruptores (liga-desliga) relativamente, eles respondem a uma faixa contínua de entrada com uma faixa contínua de saída. Os circuitos analógicos comuns incluem osciladores e amplificadores. Os circuitos que fazem interface ou tradução entre circuitos analógicos e circuitos digitais são conhecidos como circuitos de sinais mistos.

Vantagens dos dispositivos semicondutores

  • Como os dispositivos semicondutores não têm filamentos, não é necessária energia para aquecê-los e causar a emissão de elétrons.
  • Visto que nenhum aquecimento é necessário, os dispositivos semicondutores são colocados em operação assim que o circuito é ligado.
  • Durante a operação, os dispositivos semicondutores não produzem nenhum ruído de zumbido.
  • Dispositivos semicondutores requerem operação de baixa tensão em comparação com tubos de vácuo.
  • Devido ao seu pequeno tamanho, os circuitos que envolvem dispositivos semicondutores são muito compactos.
  • Dispositivos semicondutores são à prova de choque.
  • Dispositivos semicondutores são mais baratos em comparação com tubos de vácuo.
  • Dispositivos semicondutores têm vida quase ilimitada.
  • Como nenhum vácuo precisa ser criado em dispositivos semicondutores, eles não apresentam problemas de deterioração do vácuo.

Desvantagens dos dispositivos semicondutores

  • O nível de ruído é maior em dispositivos semicondutores em comparação com os tubos de vácuo.
  • Dispositivos semicondutores comuns não podem lidar com mais energia do que os tubos de vácuo comuns.
  • Na faixa de alta frequência, eles têm resposta fraca.

Assim, trata-se de diferentes tipos de dispositivos semicondutores, incluindo dois terminais, três terminais e quatro dispositivos terminais. Esperamos que você tenha entendido melhor este conceito. Além disso, qualquer dúvida em relação a este conceito ou projetos elétricos e eletrônicos, por favor, dê seu feedback comentando na seção de comentários abaixo. Aqui está uma pergunta para você, quais são as aplicações dos dispositivos semicondutores?

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