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우리는 전자 장치를 생각할 때 종종 배터리를 재충전하기 전에 이러한 장치의 작동 속도 또는 작동 시간을 생각합니다. 대부분의 사람들이 생각하지 않는 것은 전자 장치의 구성 요소입니다. 각 장치는 구조가 다르지만, 이들 장치는 모두 실리콘과 게르마늄 화학 원소를 포함하는 구성 요소가있는 전자 회로와 공통점이 있습니다.
TL; DR (너무 길고 읽지 않음)
실리콘과 게르마늄은 메탈 로이드 (metalloid)라고하는 두 가지 화학 원소입니다. 실리콘과 게르마늄은 도펀트라고 불리는 다른 요소와 결합하여 다이오드, 트랜지스터 및 광전 셀과 같은 고체 전자 장치를 만들 수 있습니다. 실리콘과 게르마늄 다이오드의 주요 차이점은 다이오드를 켜는 데 필요한 전압입니다 (또는 "순방향 바이어스"). 실리콘 다이오드는 순방향 바이어스가되기 위해 0.7V가 필요한 반면, 게르마늄 다이오드는 순방향 바이어스가 되려면 0.3V 만 필요합니다.
메탈 로이드에 전류를 발생시키는 방법
게르마늄과 실리콘은 메탈 로이드 (metalloid)라고하는 화학 원소입니다. 두 요소 모두 부서지기 쉽고 금속 광택이 있습니다. 이들 원소 각각은 4 개의 전자를 포함하는 외부 전자 쉘을 갖고; 실리콘 및 게르마늄의 이러한 특성은 가장 순수한 형태의 소자가 우수한 전기 전도체가되기 어렵다. 메탈 로이드가 전류를 자유롭게 전도하게하는 한 가지 방법은 가열하는 것입니다. 열을 추가하면 메탈 로이드의 자유 전자가 더 빠르게 이동하고 더 자유롭게 이동하게되므로, 메탈 로이드 양단의 전압 차이가 전도 대역으로 뛰어 넘기에 충분한 전류가 흐를 수 있습니다.
실리콘과 게르마늄에 도펀트 소개
게르마늄과 실리콘의 전기적 특성을 바꾸는 또 다른 방법은 도펀트라고하는 화학 원소를 도입하는 것입니다. 붕소, 인 또는 비소와 같은 원소는 실리콘과 게르마늄 근처의 주기율표에서 찾을 수 있습니다. 도펀트가 메탈 로이드에 도입 될 때, 도펀트는 메탈 로이드의 외부 전자 쉘에 여분의 전자를 제공하거나 그것의 전자 중 하나의 메탈 로이드를 박탈한다.
다이오드의 실제 예에서, 실리콘 조각은 한쪽의 붕소와 다른 쪽의 비소와 같은 두 개의 다른 도펀트로 도핑됩니다. 붕소 도핑 된면이 비소 도핑 된면과 만나는 지점을 P-N 접합이라고합니다. 실리콘 다이오드의 경우, 붕소의 도입은 전자의 실리콘을 빼앗거나 전자 "정공"을 도입하기 때문에 붕소 도핑 된 측은 "P- 타입 실리콘"으로 불린다. 다른 한편으로, 비소-도핑 된 실리콘은 "N 전자를 첨가하기 때문에 다이오드에 전압이인가 될 때 전류가 더 쉽게 흐르도록합니다.
다이오드는 전류 흐름을위한 단방향 밸브 역할을하므로 다이오드의 두 반쪽에 전압 차이가 적용되어야하며 올바른 영역에 적용되어야합니다. 실제적으로, 이것은 P 형 재료로가는 전선에 전원의 양극이 적용되어야하고 다이오드가 전기를 전도하기 위해서는 N 형 재료에 음극이 적용되어야 함을 의미합니다. 전원이 다이오드에 올바르게 공급되고 다이오드가 전류를 전도 할 때 다이오드는 순방향 바이어스라고합니다. 전원의 음극 및 양극이 다이오드의 반대 극성 재료 (양극 대 N 형 재료 및 음극 대 P 형 재료)에 적용될 때 다이오드는 전류를 전도하지 않습니다. 역 바이어스.
게르마늄과 실리콘의 차이점
게르마늄과 실리콘 다이오드의 주요 차이점은 전류가 다이오드를 가로 질러 자유롭게 흐르기 시작하는 전압입니다. 게르마늄 다이오드는 일반적으로 다이오드에 올바르게 적용된 전압이 0.3V에 도달 할 때 전류를 전도하기 시작합니다. 실리콘 다이오드는 전류를 전도하기 위해 더 많은 전압이 필요합니다. 실리콘 다이오드에서 순방향 바이어스 상황을 생성하는 데 0.7 볼트가 필요합니다.