Amplifiers-materials-introduction
材料-はじめに
自然界のすべての*材料*には特定の特性があります。 これらのプロパティは、マテリアルの動作を定義します。 マテリアルサイエンスは、さまざまな材料や空間がさまざまな条件にさらされたときに、それらの電子の流れを研究する電子工学の分野です。
固体内の原子の混合により、単一のエネルギーレベルではなく、エネルギーレベルのバンドが形成されます。 密集しているこれらのエネルギーレベルのセットは、*エネルギーバンド*と呼ばれます。
材料の種類
価電子が存在するエネルギー帯は*価電子帯*と呼ばれ、伝導電子が存在する帯は*伝導帯*と呼ばれます。 これら2つのバンド間のエネルギーギャップは、*禁止エネルギーギャップ*と呼ばれます。
電子的には、材料は絶縁体、半導体、導体に大別されます。
- 絶縁体-絶縁体は、大きな禁止されたギャップのために伝導が起こらないような材料です。 例：木材、ゴム。
- 半導体-半導体は、禁止されたエネルギーギャップが小さく、何らかの外部エネルギーが加えられると伝導が起こるような材料です。 例：シリコン、ゲルマニウム。
- 導体-導体は、価電子帯と伝導帯が重なるほど非常に近くなると禁止されたエネルギーギャップがなくなるような材料です。 例：銅、アルミニウム。
3つすべてのうち、電気に対する抵抗性が必要な場合は絶縁体が使用され、伝導率を高くする必要がある場合は導体が使用されます。 半導体は、それらがどのように使用されるかという特定の関心を引き起こすものです。
半導体
- 半導体*は、抵抗率が導体と絶縁体の間にある物質です。 抵抗率の特性は、材料を半導体として決定する唯一のものではありませんが、次のような特性はほとんどありません。
- 半導体の抵抗率は、絶縁体よりも小さく、導体よりも大きくなっています。
- 半導体には負の温度係数があります。 半導体の抵抗は、温度の低下とともに増加し、逆も同様です。
- 半導体の導電特性は、適切な金属不純物が追加されると変化します。これは非常に重要な特性です。
半導体デバイスは、エレクトロニクスの分野で広く使用されています。 トランジスタはかさばる真空管に取って代わり、デバイスのサイズとコストが削減され、この革命は集積エレクトロニクスのような新しい発明につながるペースを上げ続けています。 半導体は次のように分類できます。
非常に純粋な形の半導体は、真性半導体*と言われています。 しかし、この純粋な形の伝導能力は低すぎます。 真性半導体の伝導能力を高めるには、不純物を追加することをお勧めします。 不純物を追加するこのプロセスは、「ドーピング」と呼ばれます。 現在、このドープされた真性半導体は *Extrinsic Semiconductor と呼ばれています。
追加される不純物は、一般に* 5価*および* 3価*の不純物です。 これらの種類の不純物に応じて、別の分類が行われます。 五価*不純物が純粋な半導体に追加されると、それは N型外因性半導体*と呼ばれます。 同様に、三価*不純物が純粋な半導体に添加される場合、それは P型外因性半導体*と呼ばれます。
P-Nジャンクション
電子がその場所から移動すると、そこにホールが形成されると言われています。 したがって、ホールには電子がありません。 電子が負の端子から正の端子に移動すると言われている場合、それは正孔が正の端子から負の端子に移動していることを意味します。
上記の材料は、半導体技術の基本です。 5価の不純物を添加して形成された* N型*材料は、多数キャリアとしての電子*および少数キャリアとしての正孔を持ちます。 一方、3価の不純物を添加して形成された Pタイプ*材料には、多数キャリアとして*ホールがあり、少数キャリアとして電子があります。
P材料とN材料を結合するとどうなるかを理解してみましょう。
P型とN型の材料を互いに近づけると、下図に示すように、両方が結合して接合を形成します。
Pタイプの材料には、*多数*のキャリア*として*穴があり、Nタイプの材料には*多数のキャリア*として*電子*があります。 反対の電荷が引き付けられると、P型の正孔はn側に移動する傾向が少なくなりますが、N型の電子はほとんどP側に移動しません。
両方が接合部に向かって移動すると、正孔と電子が互いに再結合して中和し、イオンを形成します。 さて、この接合部には、図に示すように* PN接合部*または接合障壁と呼ばれる、正および負のイオンが形成される領域が存在します。
P側に負イオン、N側に正イオンが形成されると、PN接合の両側に狭い帯電領域が形成されます。 この領域には現在、可動電荷キャリアがありません。 ここに存在するイオンは固定されており、電荷キャリアなしでそれらの間の空間領域を維持しています。
この領域はPタイプとNタイプの材料間のバリアとして機能するため、これは*バリアジャンクション*とも呼ばれます。 これには Depletion region と呼ばれる別の名前があり、両方の領域を使い果たすことを意味します。 接合部を通過する正孔と電子のさらなる移動を妨げるため、「ポテンシャル障壁」と呼ばれる接合部を横切るイオンの形成による電位差V〜D〜が発生します。 この形成は*ダイオード*と呼ばれます。
ダイオードのバイアス
ダイオードまたは任意の2つの端子コンポーネントを回路に接続すると、所定の電源で2つのバイアス状態が発生します。 それらは Forward biased 状態と Reverse biased 状態です。
順方向バイアス状態
回路内でダイオードを接続し、そのアノードを電源のプラス端子に接続し、カソードをマイナス端子に接続すると、そのような接続は「順方向バイアス」状態と呼ばれます。
この種の接続により、回路はますます順方向にバイアスされ、伝導が促進されます。 ダイオードは順バイアス状態で良好に伝導します。
逆バイアス状態
回路内でダイオードを接続し、そのアノードを電源のマイナス端子に、カソードをプラス端子に接続すると、そのような接続は「逆バイアス」状態と呼ばれます。
この種の接続により、回路はますます逆バイアスされ、導通を最小限に抑え、防止するのに役立ちます。 ダイオードは逆バイアス状態では導通できません。
上記の情報により、PNジャンクションとは何かがわかりました。 この知識があれば、次の章でトランジスタについて話を進めましょう。
