När vi tänker på elektroniska enheter tänker vi ofta på hur snabbt dessa enheter fungerar eller hur länge vi kan använda enheten innan du laddar batteriet. Vad de flesta inte tänker på är vad komponenterna i sina elektroniska enheter är gjorda av. Medan varje enhet skiljer sig från sin konstruktion, har dessa enheter alla en sak gemensamt - elektroniska kretsar med komponenter som innehåller kiselelementen kisel och germanium.
TL; DR (för länge, läste inte)
Silikon och germanium är två kemiska element som kallas metalloider. Både kisel och germanium kan kombineras med andra element som kallas dopmedel för att skapa solid state-elektroniska enheter, såsom dioder, transistorer och fotoelektriska celler. Den primära skillnaden mellan kisel- och germaniumdioder är den spänning som krävs för att dioden ska sätta på (eller bli "förspänt"). Silikondioder kräver 0,7 volts förspänning, medan germaniumdioder endast kräver 0,3 volt för att bli framåtriktade.
Hur man förorsakar metalloider att utföra elektriska strömningar
Germanium och kisel är kemiska element kallade metalloider. Båda elementen är sköra och har en metallisk glans. Var och en av dessa element har ett yttre elektronskal som innehåller fyra elektroner; Denna egenskap hos kisel och germanium gör det svårt för något element i sin renaste form att vara en bra elektrisk ledare. Ett sätt att få en metalloid att leda elektrisk ström fritt är att värma upp det. Genom att lägga till värme får de fria elektronerna i en metalloid att röra sig snabbare och resa mer fritt, så att den applicerade elektriska strömmen kan strömma om skillnaden i spänning över metalloid är tillräcklig för att hoppa in i ledningsbandet.
Introduktion av dopmedel till silikon och Germanium
Ett annat sätt att förändra de elektriska egenskaperna hos germanium och kisel är att införa kemiska element som kallas dopmedel. Element som bor, fosfor eller arsen finns på det periodiska bordet nära kisel och germanium. När dopmedel introduceras till en metalloid, ger dopanten antingen en extra elektron till metalloidets yttre elektronskal eller avlägsnar metalliden hos en av dess elektroner.
I det praktiska exemplet på en diod kan en bit av kisel är dopad med två olika dopmedel, såsom bor på ena sidan och arsenikat å andra sidan. Den punkt där den bordopade sidan möter den arsenikdopade sidan kallas en P-N-korsning. För en kiseldiod kallas den bordopade sidan "P-typ kisel", eftersom införandet av bor berövar kisel av en elektron eller introducerar ett elektronhål. Å andra sidan kallas arsenikdopad kisel "N -typsilikon ", eftersom det lägger till en elektron som gör det lättare för elström att strömma när spänning appliceras på dioden.
Eftersom en diod fungerar som en envägsventil för flödet av elektrisk ström, Det måste finnas en spänningsskillnad som anbringas på diodens två halvor, och den måste appliceras i de korrekta områdena. I praktiken innebär detta att en pekars positiva pol ska appliceras på tråden som går till P-typmaterialet, medan den negativa polen måste appliceras på N-typmaterialet för dioden att leda elektricitet. När strömmen sätts ordentligt på en diod och dioden leder elektrisk ström, sägs dioden vara förspänningsad. När de negativa och positiva polerna hos en kraftkälla appliceras på motsatta polaritetsmaterial av en diodpositiv pol till material av N-typ och negativ pol till material av P-typ, leder en diod inte elektrisk ström, ett tillstånd som är känt som omvänd bias.
Skillnaden mellan germanium och silikon
Huvudskillnaden mellan germanium och kiseldioder är den spänning vid vilken elektrisk ström börjar flöda fritt över dioden. En germaniumdiod börjar typiskt att åstadkomma elektrisk ström när spänning som är korrekt anbringad över dioden når 0,3 volt. Silikondioder kräver mer spänning för att utföra ström; Det tar 0,7 volt för att skapa en framåtrikad situation i en kiseldiod.
