전자 제품 작동 방식: 반도체 기본 사항
현대 기술은 반도체라는 재료의 종류로 인해 가능합니다. 모든 활성 구성 요소, 통합 회로, 마이크로 칩, 트랜지스터 및 많은 센서는 반도체 재료로 만들어집니다.
실리콘은 전자 제품에서 가장 널리 사용되는 반도체 재료이지만 게르마늄, 갈륨 비소, 실리콘 카바이드 및 유기 반도체를 비롯한 다양한 반도체가 사용됩니다. 각 재료에는 비용 대비 성능 비율, 고속 작동, 고온 내성 또는 원하는 신호 응답과 같은 장점이 있습니다.
반도체
반도체는 엔지니어가 제조 과정에서 전기적 특성과 동작을 제어하기 때문에 유용합니다. 반도체에 소량의 불순물을 첨가하는 공정을 통해 반도체 특성을 제어합니다. 도핑. 불순물과 농도가 다르면 효과가 다릅니다. 도핑을 제어함으로써 전류가 반도체를 통해 이동하는 방식을 제어할 수 있습니다.
구리와 같은 일반적인 전도체에서 전자는 전류를 운반하고 전하 운반체 역할을 합니다. 반도체에서 전자와 정공(전자가 없음)은 모두 전하 캐리어 역할을 합니다. 반도체의 도핑을 제어함으로써 전도도와 전하 캐리어는 전자 또는 정공 기반으로 조정됩니다.
도핑에는 두 가지 유형이 있습니다.
- 일반적으로 인 또는 비소와 같은 N형 도펀트에는 5개의 전자가 있으며, 반도체에 추가될 때 추가 자유 전자를 제공합니다. 전자는 음전하를 가지므로 이렇게 도핑된 물질을 N형이라고 합니다.
- 붕소 및 갈륨과 같은 P형 도펀트는 3개의 전자를 가지므로 반도체 결정에 전자가 없습니다. 이것은 구멍 또는 양전하를 생성하므로 P형이라는 이름이 붙습니다.
N형과 P형 도펀트는 극소량으로도 반도체를 괜찮은 전도체로 만듭니다. 그러나 N형 및 P형 반도체는 특별하지 않으며 괜찮은 도체일 뿐입니다. 이러한 유형이 서로 접촉하여 P-N 접합을 형성하면 반도체가 다르고 유용한 동작을 얻습니다.
P-N 접합 다이오드
NS P-N 접합, 각각의 재료와 달리 도체처럼 작용하지 않습니다. 전류가 어느 방향으로 흐르도록 하는 대신 P-N 접합은 전류가 한 방향으로만 흐르도록 하여 기본 다이오드를 생성합니다.
P-N 접합에 순방향(순방향 바이어스)으로 전압을 가하면 N형 영역의 전자가 P형 영역의 정공과 결합하는 데 도움이 됩니다. 를 통해 전류의 흐름(역 바이어스)을 역전시키려는 시도 다이오드 전자와 정공을 분리시켜 전류가 접합부를 가로질러 흐르는 것을 방지합니다. 다른 방식으로 P-N 접합을 결합하면 트랜지스터와 같은 다른 반도체 구성 요소에 대한 문이 열립니다.
트랜지스터
기본 트랜지스터는 다이오드에 사용되는 2가지가 아닌 3가지 N형과 P형 물질을 접합하여 만들어집니다. 이러한 재료를 결합하면 BJT(바이폴라 접합 트랜지스터)로 알려진 NPN 및 PNP 트랜지스터가 생성됩니다. 중앙 또는 기본 영역 BJT는 트랜지스터가 스위치 또는 증폭기로 작동하도록 합니다.
NPN 및 PNP 트랜지스터는 두 개의 다이오드가 서로 맞대어 배치된 것처럼 보이므로 모든 전류가 어느 방향으로든 흐르는 것을 차단합니다. 중앙층이 순방향으로 바이어스되어 작은 전류가 중앙층을 통해 흐르게 되면, 중앙층으로 형성된 다이오드의 특성은 더 큰 전류가 가로질러 흐르도록 변경됩니다. 전체 장치. 이 동작은 트랜지스터에 작은 전류를 증폭하고 전류 소스를 켜거나 끄는 스위치 역할을 하는 기능을 제공합니다.
많은 유형의 트랜지스터 및 기타 반도체 장치는 고급 특수 기능 트랜지스터에서 제어 다이오드에 이르기까지 여러 방식으로 P-N 접합을 결합한 결과입니다. 다음은 P-N 접합의 신중한 조합으로 만들어진 몇 가지 구성 요소입니다.
- 다이악
- 레이저 다이오드
- 발광 다이오드 (주도의)
- 제너 다이오드
- 달링턴 트랜지스터
- 전계 효과 트랜지스터(MOSFET 포함)
- IGBT 트랜지스터
- 실리콘 제어 정류기
- 집적 회로
- 마이크로프로세서
- 디지털 메모리(램 및 ROM)
센서
반도체가 허용하는 전류 제어 외에도 반도체는 효과적인 센서를 만드는 속성도 가지고 있습니다. 이들은 온도, 압력 및 빛의 변화에 민감하게 만들 수 있습니다. 저항의 변화는 반도체 센서에 대한 가장 일반적인 유형의 응답입니다.
반도체 특성으로 인해 가능한 센서 유형은 다음과 같습니다.
- 홀 효과 센서(자기장 센서)
- 서미스터(저항 온도 센서)
- CCD/CMOS(이미지 센서)
- 포토다이오드(광센서)
- 포토레지스터(광센서)
- 압저항(압력/변형 센서)