Aine ehitus (1)

http://www.abiks.pri.ee
METALLID, POOLJUHID, DIELEKTRIKUD
Kristallides muunduvad aatomite/ioonide väliselektronide energiatasemed mitme eV laiusteks energiatsoonideks.
Energitasemete teisenemine energiavööndeiks – tsoonideks aatomite liitumisel kristalliks ( joonis – P-aatomi põhitase, E-põhitasemele järgnev ergastustase, ΔE-keelutsoon)
Kuna metallides on kõrgeim hõivatud energiatsoon ainult osaliselt elektronidega asustatud, on nad head elektrijuhid: elektronid saavad tsooni hõivamata ossa tõustes ammutada elektriväljalt energiat ja liikuda . ( joonis Energiatsoonid metallides, pooljuhtides ja dielektrikutes)
Tavatemperatuuridel ergastab soojusliikumine pooljuhtides elektrone üle kitsa (1eV) keelutsooni kõrgemasse tsooni – juhtivustsooni, jättes valentstsooni tühikuid – auke. Auk käitub elektriväljas nagu positiivse laenguga voolukandja. Pooljuhti läbiv vool liitub elektronide ja aukude voogudest
Dielektrikuis ning tugevasti külmutatud pooljuhtides on valentstsoon elektronidega täidetud, liikumisvabadus puudub, elektrivool ei pääse läbi.
Dielektrikutes on keelutsoon lai (5-10eV), soojusenergiast ei piisa juhtivuselektronide tekitamiseks.
 
LISANDJUHTIVUS, DOONORID JA AKTSEPTORID
Pooljuhtide , nt Si, Ge, elektrijuhtivust tõstavad lisandid –elektrone loovutavad doonorid, elektrone haaravad ning valentstsooni auke jätvad aktseptorid. Doonorlisandiga pooljuhid on n-pooljuhid, aktseptorlisandiga pooljuht aga p-pooljuht ( joonis), (joonis – n- ja p-pooljuhi võrepilt (A) ja tsooniskeem (B). Üksikute lisandiaatomite tasemed ei teisene tsoonideks. +4 põhiaine (Si, Ge) 4 valentselektronidega aatomid ; +5 doonorlisandi (Sb, Bi) 5-valentsed aatomid; +3 aktseptorlisandi (Al, B, In, Ga) 3valentsed aatomid), ( joonis – omajuhtivusega pooljuhis (n&p) kannavad voolu nii elektronid kui ka augud, n-pooljuhis peamiselt e, p-pooljuhis peamiselt augud, I – leppeline voolusuund)
 
DIOOD
Siirdekiht p- ja n-pooljuhi vahel, pn-siire juhib elektrivoolu ainult suunas p-poolmelt n-poolmele; seetõttu toimub vahelduvvooluringi lülitatud pn-siire (diood) alandina ( joonis – pooljuhtdiood juhib voolu vaid ühes, pärisuunas), ( joonis – pooljuhtdiooni volt-amperkõver ( tunnusjoon ), nõrka vastuvoolu tingib omajuhtivus ), ( joonis – pooljuhtdioodi läbilõige I-isolaator, K-hermeetiline kest, P-pn-siirdega pooljuhtkristall, tingmärk)
 
TRANSISTOR
Transitor on pooljuhtseadis elektrisignaalide võimendamiseks, muundamiseks ja genereerimiseks.
Kui kaks pn-siiret luuakse vastasjärjestuses (nt np ja pn), saadakse transistor. ( joonis – npn- ja pnp-transistori läbilõige ja tingmärk kummagi transistorvõimendusastme lülitusvisandil)
Transistor oleks nagu kahe dioodi ühend, dioodidel on ühine p-poolne (npn-transistoris) või n-poolne (pnp-transistoris). Seega on ta juba kolmekihiline pooljuhtstruktuur, Joonisel on märgitud transistorkihtide tavapärased nimetused: emitter (väljasaatma), kollektor (koguja) ja baas (alus). Tõlge -“Takistuse ülekanne” – ühele siirdele rakendatud signaalpingega saab reguleerida teise siirde takistust ja seeläbi ka väljundpinget.
Transistoritest saab koostada väga erineva otstarbega lülitusi –kaks transistorit võib ühendada kahe tasakaaluseisundiga lülitusse: üks T juhib, teine mitte, kusjuures sisendsignaal võib nende olekut vahetada. Selline lülitus on elektronarvuti põhielement.
Nii dioodide kui ka transistorite materjaliks oli varem germaanium, praegu räni. Tehakse ka galliumarseniidist ja teistest pooljuhtühenditest
kiip – nüüdiselektroonika põhielement on kiip e terviklülitus, milles mõne cm 2 suurusele pooljuhtplaadikesele on koondatud suur hulk (10...10 6) üliväikesi transitore ühes lisadetailidega, mis toimivad koos tervikliku võimendi, protsessori vm seadmena
Just kiipide kasutuselevõtt on võimaldanud toota ülimalt kompaktseid arvutus- ja andmetöötlustehnikat.