کاربرد نیمه رسانا در زندگی روزمره و در صنعت

0
185
کاربردهای نیمه رسانا

نیمه رسانا تقریباً در تمام الکترونیک‌های مدرن وجود دارد. اکنون این مقاله را با موبایل خود می‌خوانید یا با کامپیوتر خود؟ جالب است بدانید که نیمه رساناها هم در موبایل و هم در رایانه شخصی شما گنجانده شده‌اند. ما در این مطلب تمام کاربردهای نیمه رسانا را در زندگی روزمره یا صنعت مورد بررسی قرار می‌دهیم. آیا می‌توانید زندگی خود را بدون تلفن‌های هوشمند، رایانه، اینترنت یا تلویزیون تصور کنید؟ من و بیشتر شما می‌گوییم – نه !!!!! بدون نیمه رساناها، زندگی ما بسیار متفاوت خواهد بود. تمام الکترونیک‌ها با استفاده از برخی وسایل نیمه رسانا ساخته می‌شوند. نیمه رساناها تقریباً در همه جای زندگی ما هستند. نیمه رساناهایی که ما از آن نام می‌بریم موادی بین رسانا و عایق‌ هستند که به نحوی اطلاعات و عملیاتی را پردازش می‌کنند. در واقع نیمه رسانا حاوی برخی خواص رسانا و برخی خواص عایق هستند به این معنی که نسبت به عایق‌ها از هدایت بیشتری برخوردار هستند و نسبت به رساناها از هدایت کمتری برخوردار هستند. سیلیکون، ژرمانیوم و گالیم آرسنید نمونه‌ای از مواد نیمه رسانا هستند.

نیمه رساناها به طور کلی دو نوع هستند: نیمه رسانا از نوع p و نیمه رسانا از نوع N. با توجه به مواد نیمه رسانا از نوع p و n بسیاری از دستگاه‌ها مانند دیودها، ترانزیستور، MOSFET ،JFET ،UJT و غیره ساخته می‌شوند.

مقادیر مناسبی از برنامه‌های نیمه رساناها در زندگی روزمره وجود دارد که ما قادر به توصیف آنها نیستیم اما در اینجا برخی از کاربردهای روزمره از نیمه رساناها را بیان می‎کنیم.

کاربرد نیمه رسانا در زندگی روزمره
نیمه رسانا موادی بین رسانا و عایق‌ هستند که به نحوی اطلاعات و عملیاتی را پردازش می‌کنند

کاربرد نیمه رسانا در زندگی روزمره

  • در فناوری خورشیدی استفاده می‌شوند.
  • در دستگاه‌های پرینتر سه بعدی استفاده می‌شوند.
  • سنسورهای دما که در تهویه هوا استفاده می‌شوند با دستگاه‌های نیمه رسانا ساخته می‌شوند.
  • در ساخت پلوپز به دلیل کنترل دقیق دما از نیمه رسانا استفاده می‌شود.
  • نیمه رساناها نقش مهمی در عملکرد دستگاه‌های خودپرداز بانکی، قطارها، اینترنت، ارتباطات و سایر زیرساخت‌های اجتماعی مانند شبکه پزشکی دارند (مخصوصا وسایلی که برای مراقبت از سالمندان استفاده می‌شود).
  • در اتومبیل‌های رانندگی استفاده می‌شود.
  • در رایانه، ماشین حساب، صفحات خورشیدی و سایر وسایل الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • از دستگاه‌های نیمه رسانا در میکروچیپ‌ها استفاده می‌شود که در وسایل الکترونیکی مانند رایانه، موبایل و غیره مورد استفاده قرار می‌گیرد. از انواع ترانزیستور در ساخت بلوک‌های دروازه منطقی استفاده می‌شود. ترانزیستور و MOSFET به عنوان سوئیچ در اکثر مدارهای الکتریکی استفاده می‌شوند. این ترانزیستور و MOSFET با استفاده از نیمه رساناها ساخته می‌شوند. ترانزیستور و MOSFET توسط نیمه رساناهای نوع P و n ساخته می‌شوند.

پس از اینکه درباره کاربردهای نیمه رسانا در زندگی روزمره اطلاعاتی بدست آوردید بهتر است بدانید که چرا از نیمه رساناها استفاده می‌کنیم؟

چرا از نیمه رساناها استفاده می‌شود؟

اگر بخواهم پاسخ کوتاه و قانع کننده‌ای به این سوال بدهیم باید بگوییم به این دلیل از نیمه رساناها استفاده می‌شود که کنترل و هدایت نیمه رساناها بسیار راحت است. تغییر هدایت رساناها و عایق‌ها کار ساده‌ای نیست اما ما می‌توانیم هدایت مواد نیمه رسانا را با دوپینگ تغییر دهیم (دوپینگ یا آلایش فرایندی در ساخت نیمه‌رساناهاست که در آن ناخالصی‌هایی برای تغییر در ویژگی‌های الکتریکی نیمه‌رساناها به آنها افزوده می‌شود).

با دوپینگ فسفر در نیمه رسانا سیلیکون به نیمه رسانا نوع n تبدیل می‌شود و با دوپینگ عنصر بور در نیمه رسانا سیلیکون تبدیل به نیمه رسانا نوع p می‌شود. در واقع با دوپینگ می‌توانیم هدایت مواد نیمه رسانا را افزایش دهیم.

کاربرد نیمه رسانا در صنعت
سیلیکون، ژرمانیوم و گالیم آرسنید نمونه‌ای از مواد نیمه رسانا هستند

مزایای نیمه رساناها

در اینجا برخی از مزایای نیمه رساناها بیان شده است که باعث می‌شود نیمه رسانا در زندگی روزمره ما مفید واقع شود:

  • نیمه رساناها نیازی به گرم کردن رشته ندارند، بنابراین دستگاه‌های نیمه رسانا مانند ترانزیستور تقریباً در تمام برنامه‌های کاربردی لوله خلاء اتفاق می‌افتند؛ زیرا لوله‌های خلاء رشته‌ای برای کار کردن به گرما نیاز دارند.
  • دستگاه‌های نیمه رسانا دستگاه‌هایی با حالت جامد هستند، بنابراین ضد ضربه هستند.
  • دستگاه‌های نیمه رسانا به اندازه‌ای کوچک هستند که باعث می‌شوند به راحتی قابل حمل باشند.
  • نسبت به لوله خلاء هزینه کمتری دارد.
  • دستگاه‌های نیمه رسانا برای کارکرد به نیروی ورودی کمتری نیاز دارند.
  • در طول عمکلکرد، هیچ صدایی ایجاد نمی‌کنند، بنابراین می‌توانیم بگوییم دستگاه‌های نیمه رسانا دستگاه‌های بدون سر و صدایی هستند.
  • مواد نیمه رسانا طول عمر بیشتری دارند، آنها تقریباً زندگی نامحدودی دارند.

کاربرد نیمه رسانا در صنعت

روز به روز با افزایش نیاز به نیمه رسانا، تکنولوژی نیز بهبود می‌یابد. طبق خواسته‌های صنعت، امروزه بسیاری از دستگاه‌های جدید با کمک مواد نیمه رسانا کشف می‌شوند. بدون مدار ترانزیستور و مدارهای مجتمع، زندگی مدرن بسیار دشوار خواهد بود.

خواص مواد نیمه رسانا باعث شگفتی‌های فنی بسیاری از جمله ترانزیستور، میکروچیپ، سلول‌های خورشیدی و نمایشگرهای LED می‌شوند. با ریزپردازنده میتوان عملکرد خودروها، قطارها و وسایل نقلیه فضایی را کنترل کرد. ریزپردازنده توسط تعداد زیادی ترانزیستور و سایر دستگاه‌های کنترل کننده ایجاد می‌شود که توسط مواد نیمه رسانا ساخته شده است.

مواد دستگاه نیمه رسانا
دستگاه‌های نیمه رسانا به اندازه‌ای کوچک هستند که باعث می‌شوند به راحتی قابل حمل باشند

مواد دستگاه نیمه رسانا

مطابق آنچه در بالا گفته شد، سیلیکون، ژرمانیوم و گالیم آرسنید نمونه‌ای از مواد نیمه رسانا هستند. سیلیکون (Si) پرکاربردترین ماده نیمه رسانا است زیرا هزینه مواد اولیه آن پایین‌تر است و روند نسبتاً ساده‌ای دارد. دامنه دمای مفید آن باعث می‌شود در حال حاضر بهترین سازش در بین مواد مختلف رقیب باشد. سیلیکون مورد استفاده در ساخت دستگاه‌های نیمه رسانا در حال حاضر به شکل کاسه‌هایی ساخته شده است که به اندازه کافی قطر دارند و امکان تولید ویفر، برش یا لایه‌های ۳۰۰ میلی‌متری (۱۲ اینچی) را فراهم می‌کند.

ژرمانیوم (GE) در گذشته به طور گسترده در مواد نیمه رسانا استفاده می‌شد اما اخیرا نیمه رسانای سیلیکون در اکثر برنامه‌ها استفاده می‌شود. حساسیت حرارتی ژرمانیوم نسبتاً کمتر از نیمه رسانای سیلیکون است، بنابراین سیلیکون برای اولین بار برای نیمه رساناها ترجیح داده می‌شود.

آرسنید گالیم (GaAs) همچنین یک وسیله نیمه رسانا است که به طور گسترده در دستگاه‌های پر سرعت مورد استفاده قرار می‌گیرد، این نیمه رسانا از سایر نیمه رساناها گران‌تر است.

مزایای نیمه رساناها
نیمه رسانا تقریباً در تمام الکترونیک‌های مدرن وجود دارد

کدام دستگاه‌ها با نیمه رسانا ساخته شده‌اند؟

نیمه رساناها برای ساختن دستگاه الکترونیکی بسیار کوچکی مفید هستند که با آن امکان تکامل الکترونیک مدرن وجود دارد. نیمه رساناها با دو ترمینال، سه ترمینال و چهار ترمینال ساخته می‌شوند.

دستگاه دوترمینال

  • دیود گان
  • دیود IMPATT
  • دیود لیزر
  • دیود زنر
  • دیود شاتکی
  • دیود پین
  • دیود تونل
  • دیود ساطع کننده نور (LED)
  • ترانزیستور عکس
  • فوتوسل
  • سلول خورشیدی
  • دیود خنثی‌ساز-ولتاژ-گذرا
  • VCSEL

دستگاه سه ترمینال

  • ترانزیستور دو قطبی
  • ترانزیستور اثر میدان
  • ترانزیستور دارلینگتون
  • IGBT
  • ترانزیستور unjunction
  • یکسوساز کنترل شده با سیلیکون
  • تریستور
  • TRIAC

دستگاه چهار ترمینال

  • فتوکوپلر (Optocoupler)
  • سنسور جلوه هال (سنسور میدان مغناطیسی)

منبع: Applications of semiconductor

ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید