מאפייני דיודות סיליקון וגרמניום

תוֹכֶן

• TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
• כיצד לגרום למטאלואידים להוליך זרמים חשמליים
• הצגת דופנטים לסיליקון ולגרמניום
• ההבדל בין גרמניום לסיליקון

כאשר אנו חושבים על מכשירים אלקטרוניים, אנו חושבים לעתים קרובות על כמה מהר מכשירים אלה פועלים או כמה זמן אנו יכולים להפעיל את המכשיר לפני טעינת הסוללה. מה שרוב האנשים לא חושבים עליו זה מהם הרכיבים במכשירים האלקטרוניים שלהם. בעוד שכל מכשיר שונה בבנייתו, למכשירים אלה יש דבר אחד משותף - מעגלים אלקטרוניים עם רכיבים המכילים את היסודות הכימיים סיליקון וגרמניום.

TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)

הסיליקון והגרמניום הם שני יסודות כימיים הנקראים מטאלואידים. ניתן לשלב גם סיליקון וגם גרמניום עם אלמנטים אחרים הנקראים דופנטים ליצירת מכשירים אלקטרוניים במצב מוצק, כמו דיודות, טרנזיסטורים ותאים פוטואלקטריים. ההבדל העיקרי בין דיודות סיליקון וגרמניום הוא המתח הדרוש כדי להפעיל את הדיודה (או להיות "מוטה קדימה"). דיודות סיליקון דורשות 0.7 וולט כדי להיות מוטים קדימה, ואילו דיודות גרמניום דורשות רק 0.3 וולט כדי להיות מוטות קדימה.

כיצד לגרום למטאלואידים להוליך זרמים חשמליים

גרמניום וסיליקון הם יסודות כימיים הנקראים מטאלואידים. שני האלמנטים שבירים ובעלי ברק מתכתי. לכל אחד מהאלמנטים הללו יש מעטפת אלקטרונים חיצונית המכילה ארבעה אלקטרונים; תכונה זו של סיליקון וגרמניום מקשה על אף אחד מהאלמנטים בצורתם הטהורה ביותר להיות מוליך חשמלי טוב. אחת הדרכים לגרום למטאלואיד להוביל זרם חשמלי בחופשיות היא לחמם אותו. הוספת חום גורמת לאלקטרונים החופשיים במתכתי לנוע מהר יותר ולנוע בחופשיות רבה יותר, מה שמאפשר לזרם זרם חשמלי לזרום אם ההבדל במתח על פני המטאלואיד מספיק בכדי לקפוץ לתוך פס ההולכה.

הצגת דופנטים לסיליקון ולגרמניום

דרך נוספת לשנות את התכונות החשמליות של גרמניום וסיליקון היא להכניס אלמנטים כימיים הנקראים דופנטים. אלמנטים כמו בור, זרחן או ארסן ניתן למצוא על השולחן התקופתי ליד סיליקון וגרמניום. כאשר מוצגים דופנטים למטאלואיד, הסם מספק אלקטרון נוסף למעטפת האלקטרונים החיצונית של המטאלואיד או מונע מהמטלואיד את אחד האלקטרונים שלו.

בדוגמה המעשית לדיודה, מסומנים חתיכת סיליקון עם שני טופולים שונים, כמו בורון מצד אחד וארסן מצד שני. הנקודה בה הצד מסומם בורון פוגש את הצד המסומם בארסן נקרא צומת P-N. עבור דיודה סיליקון, הצד המסומם בורון נקרא "סיליקון מסוג P" מכיוון שהכנסת בורון שוללת את הסיליקון מאלקטרון או מציגה "חור" של אלקטרונים. בצד השני, סיליקון מסומן ארסן נקרא "N הקלד סיליקון "מכיוון שהוא מוסיף אלקטרון, שמקל על הזרם החשמלי בזרימת מתח על הדיודה.

מכיוון שדיודה פועלת כשסתום חד כיווני לזרימת הזרם החשמלי, חייב להיות הפרש מתח המופעל על שני חצאי הדיודה, והוא חייב להיות מיושם באזורים הנכונים. במונחים מעשיים, משמעות הדבר היא כי יש להחיל את הקוטב החיובי של מקור כוח על החוט העובר לחומר מסוג P, ואילו את הקוטב השלילי יש להחיל על החומר מסוג N על מנת שהדיודה תוליך חשמל. כאשר הכוח מופעל כראוי על דיודה, והדיודה מוליכה זרם חשמלי, אומרים כי הדיודה הינה מוטה קדימה. כאשר הקטבים השליליים והחיוביים של מקור כוח מוחלים על חומרי הקוטביות ההפוכים של דיודה - קוטב חיובי לחומר מסוג N ועמוד שלילי לחומר מסוג P - דיודה אינה מוליכה זרם חשמלי, מצב המכונה הטיה הפוכה.

ההבדל בין גרמניום לסיליקון

ההבדל העיקרי בין דיודות גרמניום לסיליקון הוא המתח בו מתחיל לזרום זרם חשמלי על פני הדיודה. דיודה גרמניום בדרך כלל מתחילה להוביל זרם חשמלי כאשר מתח המופעל כראוי על פני הדיודה מגיע ל -0.3 וולט. דיודות סיליקון דורשות מתח רב יותר בכדי להוביל זרם; לוקח 0.7 וולט כדי ליצור מצב הטיה קדימה בדיודה סיליקון.