Заманауи технология жартылай өткізгіштер деп аталатын материалдар класының арқасында мүмкін болды. Барлық белсенді компоненттер, интегралды схемалар, микрочиптер, транзисторлар және көптеген сенсорлар жартылай өткізгіш материалдардан жасалған.
Кремний электроникада ең көп қолданылатын жартылай өткізгіш материал болғанымен, германий, галлий арсениді, кремний карбиді және органикалық жартылай өткізгіштерді қоса алғанда, жартылай өткізгіштер ауқымы қолданылады. Әрбір материалдың шығын мен өнімділік арақатынасы, жоғары жылдамдықтағы жұмыс, жоғары температураға төзімділік немесе сигналға қажетті жауап сияқты артықшылықтары бар.
Жартылайөткізгіштер
Жартылай өткізгіштер пайдалы, себебі инженерлер өндіріс процесінде электрлік қасиеттер мен әрекетті басқарады. Жартылай өткізгіштің қасиеттері допинг деп аталатын процесс арқылы жартылай өткізгішке аз мөлшерде қоспаларды қосу арқылы бақыланады. Әртүрлі қоспалар мен концентрациялар әртүрлі әсерлер тудырады. Допингті бақылау арқылы электр тогының жартылай өткізгіш арқылы өту жолын басқаруға болады.
Мыс сияқты әдеттегі өткізгіште электрондар токты тасымалдайды және заряд тасымалдаушы ретінде әрекет етеді. Жартылай өткізгіштерде электрондар да, тесіктер де (электронның болмауы) заряд тасымалдаушы ретінде әрекет етеді. Жартылай өткізгіштің қоспалануын бақылау арқылы өткізгіштік пен заряд тасымалдаушы не электронға, не тесікке негізделуге бейімделген.
Допингтің екі түрі бар:
- N-типті қоспаларда, әдетте фосфор немесе мышьяк, бес электронға ие, олар жартылай өткізгішке қосылғанда қосымша бос электрон береді. Электрондардың заряды теріс болғандықтан, осылай легирленген материал N-типті деп аталады.
- П-типті бор және галий сияқты қоспаларда үш электрон бар, нәтижесінде жартылай өткізгіш кристалда электрон жоқ. Бұл тесік немесе оң заряд жасайды, сондықтан P-типі деп аталады.
N-типті және P-типті қоспалар, тіпті аз мөлшерде болса да, жартылай өткізгішті лайықты өткізгіш етеді. Дегенмен, N-типті және P-типті жартылай өткізгіштер ерекше емес және тек лайықты өткізгіштер болып табылады. Бұл түрлер бір-бірімен байланысып, P-N өтуін құрағанда, жартылай өткізгіш әртүрлі және пайдалы әрекеттерге ие болады.
P-N қосылу диоды
P-N өтуі, әр материалдан бөлек, өткізгіш ретінде әрекет етпейді. Токтың кез келген бағытта ағуына мүмкіндік бермей, P-N өтуі токтың тек бір бағытта ағуына мүмкіндік беріп, негізгі диодты жасайды.
Алға бағытта (алға ығысу) P-N өтуі арқылы кернеуді қолдану N-түріндегі аймақтағы электрондардың P-түрі аймағындағы тесіктермен біріктірілуіне көмектеседі. Диод арқылы өтетін ток ағынын (кері ығысу) кері өзгерту әрекеті электрондар мен саңылауларды бір-бірінен ажыратады, бұл токтың түйіспе арқылы өтуіне жол бермейді. P-N өткелдерін басқа жолдармен біріктіру транзистор сияқты басқа жартылай өткізгіш компоненттердің есіктерін ашады.
Транзисторлар
Негізгі транзистор диодта қолданылатын екеуі емес, үш N-типті және P-типті материалдардың түйісуінен жасалған. Осы материалдарды біріктіру биполярлы транзисторлар (BJT) деп аталатын NPN және PNP транзисторларын береді. Орталық немесе базалық аймақ BJT транзисторға қосқыш немесе күшейткіш ретінде әрекет етуге мүмкіндік береді.
NPN және PNP транзисторлары бір-біріне қарама-қарсы орналастырылған екі диодқа ұқсайды, олар барлық токтың екі бағытта ағуын блоктайды. Орталық қабат ортаңғы қабат арқылы шағын ток өтетіндей алға ығысқан кезде, орталық қабатпен бірге пайда болған диодтың қасиеттері бүкіл құрылғы бойынша үлкен токтың өтуіне мүмкіндік беру үшін өзгереді. Бұл әрекет транзисторға шағын токтарды күшейту және ток көзін қосатын немесе өшіретін қосқыш ретінде әрекет ету мүмкіндігін береді.
Транзисторлардың және басқа жартылай өткізгіш құрылғылардың көптеген түрлері P-N өткелдерін жетілдірілген, арнайы функциялы транзисторлардан басқарылатын диодтарға дейін бірнеше жолмен біріктіру нәтижесінде пайда болады. Төменде P-N түйіспелерінің мұқият комбинацияларынан жасалған құрамдастардың бірнешеуі берілген:
- DIAC
- Лазерлік диод
- Жарық диод (жарық диод)
- Зерлі диод
- Дарлингтон транзисторы
- Өрістік транзистор (соның ішінде MOSFET)
- IGBT транзисторы
- Кремниймен басқарылатын түзеткіш
- Интегралды схема
- Микропроцессор
- Сандық жад (RAM және ROM)
Сенсорлар
Жартылай өткізгіштер рұқсат ететін ағымдағы басқарудан басқа, жартылай өткізгіштерде тиімді сенсорларды жасайтын қасиеттер де бар. Оларды температураның, қысымның және жарықтың өзгеруіне сезімтал етіп жасауға болады. Қарсылықтың өзгеруі жартылай өткізгіш сенсор үшін ең көп тараған жауап түрі болып табылады.
Жартылай өткізгіш қасиеттері арқылы мүмкін болатын сенсорлардың түрлеріне мыналар жатады:
- Холл эффект датчигі (магниттік өріс сенсоры)
- Термистор (резистивті температура сенсоры)
- CCD/CMOS (бейне сенсоры)
- Фотодиод (жарық сенсоры)
- Фоторезистор (жарық сенсоры)
- Пьезорезистивті (қысым/деформация сенсорлары)
