현대 기술은 반도체 라 불리는 재료 덕분에 가능합니다. 모든 능동 부품, 집적 회로, 마이크로 칩, 트랜지스터는 물론 많은 센서가 반도체 재료로 제작됩니다. 실리콘은 전자 제품에 사용되는 가장 널리 사용되고 가장 잘 알려진 반도체 재료이지만 게르마늄, 갈륨 비소, 실리콘 카바이드 및 유기 반도체를 포함하여 광범위한 반도체가 사용됩니다. 각 재료는 비용 / 성능 비율, 고속 작동, 고온 또는 신호에 대한 원하는 응답과 같은 탁월한 이점을 테이블에 제공합니다.
반도체
반도체를 매우 유용하게 만드는 이유는 제조 과정에서 전기적 특성 및 동작을 정밀하게 제어 할 수 있기 때문입니다. 반도체 특성은 불순물과 농도가 다른 효과를 나타내는 도핑이라고 불리는 과정을 통해 반도체에 소량의 불순물을 첨가함으로써 제어됩니다. 도핑을 제어함으로써, 전류가 반도체를 통해 이동하는 방식이 제어 될 수있다.
구리와 같은 전형적인 도체에서 전자는 전류를 전달하고 전하 캐리어 역할을합니다. 반도체에서 전자와 '홀'은 전자가 없으면 전하 캐리어 역할을합니다. 반도체의 도핑을 제어함으로써, 도전율 및 전하 캐리어는 전자 또는 홀 기반으로 맞춤화 될 수있다.
도핑에는 N 형과 P 형의 두 가지 유형이 있습니다. 전형적으로 인 또는 비소 인 N- 형 도펀트는 5 개의 전자를 가지며, 이는 반도체에 첨가 될 때 여분의 자유 전자를 제공한다. 전자는 음전하를 띠기 때문에이 방법으로 도핑 된 물질을 N 형이라고 부릅니다. 붕소 및 갈륨과 같은 P 형 도펀트는 단지 3 개의 전자를 가지므로 반도체 결정에 전자가 없기 때문에 효과적으로 홀 또는 양전하를 생성하므로 P 형이라고 부른다. N 형과 P 형 도펀트는 미세한 양으로도 반도체를 괜찮은 도체로 만들 것입니다. 그러나 N 형 반도체와 P 형 반도체는 그 자체만으로 특별한 것은 아니며 괜찮은 컨덕터입니다. 그러나 서로 접촉하여 P-N 접합을 형성하면 매우 다른 매우 유용한 동작을 얻게됩니다.
P-N 정션 다이오드
P-N 접합은 각 재료와 달리 도체처럼 작동하지 않습니다. 전류를 어느 방향 으로든 흐르게하는 대신, P-N 접합은 전류를 한 방향으로 만 흐르게하여 기본 다이오드를 만듭니다. 순방향 (순방향 바이어스)의 P-N 접합부에 전압을인가하면 N 형 영역의 전자가 P 형 영역의 홀과 결합하는 데 도움이됩니다. 다이오드를 통해 전류의 흐름 (역 바이어스)을 역전 시키려고하면, 전자와 정공이 분리되어 접합부를 통해 전류가 흐르는 것을 방지한다. 다른 방식으로 P-N 접합을 결합하면 트랜지스터와 같은 다른 반도체 부품에 대한 문이 열립니다.
트랜지스터
기본 트랜지스터는 다이오드에 사용되는 2 개가 아닌 3 개 N 형 및 P 형 접합의 결합으로 만들어집니다. 이들 물질을 결합하면 바이폴라 접합 트랜지스터 또는 BJT로 알려진 NPN 및 PNP 트랜지스터가 생성된다. 중앙 또는베이스 영역 BJT는 트랜지스터가 스위치 또는 증폭기의 역할을하도록합니다.
NPN과 PNP 트랜지스터는 두 개의 다이오드가 연속적으로 배치 된 것처럼 보이지만 모든 전류가 어느 방향 으로든 흐르지 못하게합니다. 중앙 층이 순방향 바이어스되어 작은 전류가 중심 층을 통해 흐를 때, 중심 층으로 형성된 다이오드의 특성이 변하여 훨씬 더 큰 전류가 전체 소자를 가로 질러 흐르게한다. 이 동작은 트랜지스터에 작은 전류를 증폭하고 전류 소스를 켜거나 끄는 스위치 역할을합니다.
첨단 특수 기능 트랜지스터에서부터 제어되는 다이오드에 이르기까지 다양한 방식으로 P-N 접합을 결합하여 다양한 유형의 트랜지스터 및 기타 반도체 소자를 만들 수있다. 다음은 P-N 접합부의 신중한 조합으로 만들어진 구성 요소 중 일부입니다.
- DIAC
- 레이저 다이오드
- 발광 다이오드 (LED)
- 제너 다이오드
- 달링턴 트랜지스터
- MOSFET을 포함한 전계 효과 트랜지스터
- IGBT 트랜지스터
- 실리콘 제어 정류기 (SCR)
- 집적 회로 (IC)
- 마이크로 프로세서
- 디지털 메모리 - RAM 및 ROM
센서
반도체가 허용하는 현재 제어 이외에도 효과적인 센서를 구현하는 속성도 있습니다. 온도, 압력 및 빛의 변화에 민감하게 반응 할 수 있습니다. 저항의 변화는 반도체 센서에 대한 가장 일반적인 응답 유형입니다. 반도체 특성에 의해 가능한 몇 가지 유형의 센서가 아래에 나열되어 있습니다.
- 홀 효과 센서 (자기장 센서)
- 서미스터 (저항 온도 센서)
- CCD / CMOS (이미지 센서)
- 포토 다이오드 (광 센서)
- 포토 레지스트 (광 센서)
- 압전 저항 형 (압력 / 변형률 센서)
