Müasir texnologiya yarımkeçiricilər adlanan materiallar sinfi sayəsində mümkün olmuşdur. Bütün aktiv komponentlər, inteqral sxemlər, mikroçiplər, tranzistorlar və bir çox sensorlar yarımkeçirici materiallarla qurulub.
Silikon elektronikada ən çox istifadə edilən yarımkeçirici material olsa da, germanium, qalium arsenid, silisium karbid və üzvi yarımkeçiricilər də daxil olmaqla bir sıra yarımkeçiricilərdən istifadə olunur. Hər bir materialın xərc-performans nisbəti, yüksək sürətli əməliyyat, yüksək temperatura dözümlülük və ya siqnala istənilən reaksiya kimi üstünlükləri var.
Yarımkeçiricilər
Yarımkeçiricilər faydalıdır, çünki mühəndislər istehsal prosesi zamanı elektrik xüsusiyyətlərinə və davranışlarına nəzarət edirlər. Yarımkeçiricinin xassələri dopinq adlanan proses vasitəsilə yarımkeçiricilərə az miqdarda çirk əlavə etməklə idarə olunur. Fərqli çirklər və konsentrasiyalar fərqli təsirlər yaradır. Dopinqə nəzarət etməklə, elektrik cərəyanının yarımkeçiricidən keçməsinə nəzarət etmək olar.
Mis kimi tipik bir keçiricidə elektronlar cərəyanı daşıyır və yük daşıyıcısı kimi çıxış edir. Yarımkeçiricilərdə həm elektronlar, həm də dəliklər (elektronun olmaması) yük daşıyıcısı kimi çıxış edir. Yarımkeçiricinin dopinqinə nəzarət etməklə keçiricilik və yük daşıyıcısı ya elektron, ya da dəlik əsaslı olmaq üçün uyğunlaşdırılır.
İki növ dopinq var:
- N-tipli əlavələr, adətən fosfor və ya arsen, beş elektrona malikdir və yarımkeçiricilərə əlavə edildikdə, əlavə sərbəst elektron verir. Elektronların mənfi yükü olduğundan, bu şəkildə qatqılanmış material N-tipi adlanır.
- Bor və qallium kimi P tipli əlavə maddələrin üç elektronu var və bu, yarımkeçirici kristalda elektronun olmaması ilə nəticələnir. Bu, deşik və ya müsbət yük yaradır, buna görə də P-tipi adlanır.
Həm N tipli, həm də P tipli əlavələr, hətta kiçik miqdarda olsa belə, yarımkeçirici layiqli keçirici edir. Bununla belə, N tipli və P tipli yarımkeçiricilər xüsusi deyil və yalnız layiqli keçiricilərdir. Bu tiplər bir-biri ilə təmasda yerləşdirildikdə, P-N qovşağı meydana gətirdikdə, yarımkeçirici fərqli və faydalı davranışlar əldə edir.
P-N Bağlantı Diodu
P-N qovşağı, hər bir materialdan fərqli olaraq, keçirici kimi çıxış etmir. P-N keçidi cərəyanın hər iki istiqamətdə axmasına icazə vermək əvəzinə, əsas diod yaratmaqla cərəyanın yalnız bir istiqamətdə axmasına imkan verir.
İrəli istiqamətdə P-N qovşağında gərginliyin tətbiqi (irəli əyilmə) N tipli bölgədəki elektronların P tipli bölgədəki dəliklərlə birləşməsinə kömək edir. Diyot vasitəsilə cərəyan axınını (əks meyl) tərsinə çevirməyə cəhd elektronları və dəlikləri bir-birindən ayırmağa məcbur edir, bu da cərəyanın qovşaqdan keçməsinin qarşısını alır. P-N keçidlərinin başqa üsullarla birləşdirilməsi tranzistor kimi digər yarımkeçirici komponentlərin qapılarını açır.
Tranzistorlar
Əsas tranzistor diodda istifadə olunan iki materialdan daha çox üç N tipli və P tipli materialın birləşməsindən hazırlanır. Bu materialların birləşməsi bipolyar keçid tranzistorları (BJT) kimi tanınan NPN və PNP tranzistorlarını verir. BJT mərkəzi və ya baza regionu tranzistorun açar və ya gücləndirici kimi fəaliyyət göstərməsinə imkan verir.
NPN və PNP tranzistorları arxa arxaya yerləşdirilmiş iki diod kimi görünür və bütün cərəyanın hər iki istiqamətdə axmasına mane olur. Mərkəz təbəqə irəli əyildikdə, kiçik bir cərəyan mərkəzi təbəqədən axsın, mərkəzi təbəqə ilə əmələ gələn diodun xüsusiyyətləri bütün cihaz boyunca daha böyük bir cərəyanın axmasına imkan vermək üçün dəyişir. Bu davranış tranzistora kiçik cərəyanları gücləndirmək və cərəyan mənbəyini yandıran və ya söndürən açar kimi çıxış etmək imkanı verir.
Tranzistorların və digər yarımkeçirici cihazların bir çox növləri qabaqcıl, xüsusi funksiyalı tranzistorlardan idarə olunan diodlara qədər bir neçə yolla P-N keçidlərinin birləşdirilməsi nəticəsində yaranır. Aşağıdakılar P-N keçidlərinin ehtiyatlı birləşməsindən hazırlanmış bir neçə komponentdir:
- DIAC
- Lazer diod
- İşıq yayan diod (LED)
- Zener diodu
- Darlinqton tranzistoru
- Sahə effektli tranzistor (MOSFETlər daxil olmaqla)
- IGBT tranzistor
- Silikonla idarə olunan rektifikator
- İnteqrasiya edilmiş dövrə
- Mikroprosessor
- Rəqəmsal yaddaş (RAM və ROM)
Sensorlar
Yarımkeçiricilərin icazə verdiyi cari nəzarətdən əlavə, yarımkeçiricilər də effektiv sensorlar yaradan xüsusiyyətlərə malikdir. Bunlar temperatur, təzyiq və işıq dəyişikliklərinə həssas olmaq üçün edilə bilər. Müqavimətdə dəyişiklik yarımkeçirici sensor üçün ən çox yayılmış cavab növüdür.
Yarımkeçirici xassələrə görə mümkün olan sensor növlərinə aşağıdakılar daxildir:
- Hall effekti sensoru (maqnit sahəsi sensoru)
- Termistor (müqavimətli temperatur sensoru)
- CCD/CMOS (şəkil sensoru)
- Fotodiod (işıq sensoru)
- Fotorezistor (işıq sensoru)
- Piezorezistiv (təzyiq/gərginlik sensorları)
