1 1 ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полупроводники – это вещества, находящиеся по своей удельной проводимости между проводниками и диэлектриками. В определенных условиях они приобретают свойства проводника и переносят в кристаллической решетке электрические заряды, в иных случаях – блокируют заряженные частицы предельно высоким сопротивлением. Что нужно для протекания этих процессов – рассмотрим далее.

Определяющие параметры
применения материалов:

Полупроводниковые приборы и их применение

Полупроводники — это материалы, обладающие свойствами как металлов, так и изоляторов. Они имеют специальные электрические свойства, которые делают их идеальными для создания электронных приборов. В настоящее время полупроводниковые приборы стали неотъемлемой частью нашей повседневной жизни.

Основные типы полупроводниковых приборов

Существует множество различных полупроводниковых приборов. Наиболее распространенные из них включают:

Диоды

Диоды — это полупроводниковые приборы, которые позволяют электрическому току протекать только в одном направлении. Они широко используются в электронике для выпрямления, стабилизации напряжения и защиты от перенапряжения.

Транзисторы

Транзисторы — это приборы, которые контролируют поток электрического тока или усиливают его. Они широко используются в электронных устройствах, таких как компьютеры, телевизоры и радиостанции, для управления сигналами.

Интегральные схемы (ИС)

Интегральные схемы — это комплексные полупроводниковые приборы, в которых несколько элементов (транзисторы, резисторы, конденсаторы) соединены на кристаллической подложке. Они позволяют создавать миниатюрные и высокоинтегрированные электронные устройства, такие как микропроцессоры и память.

Применение полупроводниковых приборов

Полупроводниковые приборы имеют широкий спектр применений в различных областях технологии и науки. Некоторые из них включают:

Электроника

Полупроводниковые приборы являются основой для электронных устройств, таких как компьютеры, телефоны, телевизоры и автомобильные системы. Благодаря своей маленькой размерности и низкому энергопотреблению, они позволяют создавать компактные и энергоэффективные устройства.

Солнечные батареи

Полупроводниковые приборы, такие как кремниевые солнечные батареи, используются для преобразования солнечной энергии в электрическую энергию. Они являются одной из наиболее популярных и экологически чистых форм альтернативной энергии.

Медицинская техника

Полупроводниковые приборы нашли широкое применение в медицинской технике, включая устройства для измерения кровяного давления, термометры и датчики для мониторинга сердечного ритма. Они позволяют точно измерять и контролировать различные параметры организма.

Автомобильная промышленность

Полупроводниковые приборы являются важной частью автомобильной электроники, включая системы управления двигателем, навигационные системы и системы безопасности. Они способствуют повышению эффективности автомобилей и улучшению безопасности на дорогах.

Заключение

Полупроводниковые приборы являются важной технологической составляющей нашего мира. Их широкое применение в электронике, солнечных батареях, медицинской технике и автомобильной промышленности значительно повлияло на нашу повседневную жизнь. В будущем они будут продолжать развиваться и находить новые области применения.

—
Приборы с зарядной связью;

Принцип
работы П/П приборов определяется
электронно-дырочным переходом.

Полупроводниковым
диодом
называется прибор с двумя выводами и
одним p-n
переходом. Принцип работы полупроводникового
диода основан на использовании
односторонней проводимости, электрического
пробоя и других свойств p-n
перехода. Диоды различают по назначению,
материалу, конструктивному исполнению,
мощности и другим признакам.

Биполярным
транзистором называется полупроводниковый
прибор с двумя взаимодействующими p-n
переходами. Биполярные транзисторы
различаются по структуре. В зависимости
от чередования областей различают
биполярные транзисторы типа “p-n-p”
и “n-p-n”.

Полевые
транзисторы. Полевым транзистором
называется транзистор, в котором между
двумя электродами образуется проводящий
канал, по которому протекает ток.
Управление этим током осуществляется
электрическим полем, создаваемым третьим
электродом. Электрод, с которого
начинается движение носителей заряда,
называется истоком, а электрод, к которому
они движутся, стоком. Электрод, создающий
управляющее электрическое поле,
называется затвором. Различают два
типа полевых транзисторов: с
управляющим p-n
переходом и с изолированным затвором
(МДП-транзисторы). По типу электропроводности
полевые транзисторы подразделяются на
транзисторы с каналами «p»
и «n» типов.

Полупроводниковые
резисторы нашли широкое применение
в электронных приборах. К ним относятся
терморезисторы, магниторезисторы,
варисторы, фоторезисторы. Принцип
действия таких приборов основан на
изменении свойств полупроводниковых
материалов при воздействии на них
температуры, магнитного и электрического
полей, электромагнитного излучения.

Все
п/п приборы делятся:

1.по
технологии изготовления (из кремния,
германия, арсенида галлия);

п/п
резисторы: терморезисторы, магниторезисторы,
варисторы, фоторезисторы.

Полупроводниковым
диодом
называется прибор с двумя выводами и
одним p-n
переходом. Принцип работы полупроводникового
диода основан на использовании
односторонней проводимости, электрического
пробоя и других свойств p-n-перехода.

В
зависимости от технологии изготовления
различают точечные диоды, сплавные,
микросплавные, эпитаксиальные и другие.

По
функциональному назначению диоды
делятся на выпрямительные, универсальные,
импульсные, смесительные, СВЧ, стабилитроны,
стабисторы, варикапы, динисторы,
тиристоры, симисторы, фотодиоды,
светодиоды и т.д.

По
конструктивному исполнению
диоды бывают плоскостные и точечные.

По
используемому материалу
— кремниевые, германиевые, арсенидгаллиевые.
Диоды обладают односторонней проводимостью
и служат: для выпрямления переменного
тока, стабилизации тока и напряжения,
формирования импульсов, для регулирования
мощностей и т.д.

Выпрямительные
диоды
применяются для преобразования
переменного тока в постоянный. Они
делятся: на маломощные (до 0,3А), средней
мощности (до 10А), мощные (более 1000А),
низкочастотные (до 1кГц) и высокочастотные
(до 100кГц).

Свойства
выпрямительных диодов характеризуются
вольтамперной характеристикой и
параметрами, которые приводятся в
справочной литературе.

Основные
параметры диодов (рис.4.):

рабочая
частота fр.
и др.

Рисунок
4 – ВАХ выпрямительного диода

Диоды
обладают односторонней проводимостью
и служат: для выпрямления переменного
тока, стабилизации тока и напряжения,
формирования импульсов, для регулирования
мощностей и т.д.

Основные
параметры диодов средний выпрямленный
ток Jср ,прямое
падение напряжения Uпр
,обратный ток диода при заданной
температуре Jобр.,
напряжение отсечки Uотс.,
мощность рассеивания Ррас., рабочая
частота fр. и др.

С
табилитроны
– это разновидность диодов, предназначенных
для стабилизации напряжения. Вольт –
амперная характеристика стабилитрона
имеет вид. Рабочий участок характеристики
АВ лежит в области электрического пробоя
диода и характеризуется малым изменением
напряжения Uст
при значительных изменениях тока.

Стабисторы,
как и стабилитроны, предназначены для
стабилизации напряжения. Однако, в
отличие от последних, рабочим участком
у них является прямая ветвь вольт–амперной
характеристики. Стабисторы работают
при прямом напряжении и позволяют
стабилизировать малые напряжения
(0,351,9)В.

Варикапы
– это полупроводниковые диоды, емкость
которых меняется при изменении обратного
напряжения.

На
рис.13 приведена вольт – амперная и
емкостная характеристика варикапа.

Емкость
варикапа увеличивается с уменьшением
обратного напряжения.

Основными
параметрами варикапа являются:

— емкость
варикапа при заданном обратном напряжении
Св
,

— коэффициент
перекрытия по емкости Кв=Св.мак/Свмин.

— сопротивление
потерь rп
,

— температурный
коэффициент емкости.

Варикапы
применяются в резонансных схемах для
изменения резонансной частоты генераторов,
усилителей и т.д.

Примеры и особенности материалов

Полупроводники — это особый класс веществ, которые при низкой температуре выступают как диэлектрики, а при высокой — как проводники. Только 13 из 25 неметаллов таблицы Менделеева имеют полупроводниковые свойства. В настоящее время человек использует множество природных полупроводников. Кремний и германий стали самыми распространёнными материалами такого типа, используемыми в промышленности. Кроме кремния в качестве полупроводников используют селен, серое олово, мышьяк, бор, фосфор, серу, теллур, органические вещества и некоторые химические соединения.

Полупроводник сочетает в себе свойства проводников и непроводников. В нормальном состоянии или при перепаде температур он пропускает или блокирует электрический ток. Поведение материала зависит от температуры среды, в которую он помещён. В нормальном состоянии он имеет сопротивление от 10-6 до 108 Ом·м.

Влияют и сторонние факторы – например, под воздействием света его сопротивление падает, повышается электропроводность. Даже при добавлении в состав небольшого количества примеси электропроводимость полупроводника меняется.

Полупроводники обладают различными свойствами. Кремний, арсенид галлия имеющие оптические свойства, их используют при производстве солнечных батарей и светодиодов. Стекло тоже можно считать полупроводником. В обычном состоянии оно не проводит ток, но при сильном нагреве оно приобретает проводящие свойства. Селен обладает температурной зависимостью. Концентрация свободных носителей заряда уменьшается с ростом температуры, а подвижность носителей заряда увеличивается. Иначе говоря, при увеличении температуры ток начинается протекать быстро и беспрепятственно в кристаллической решетке материала, селен становится проводником.

Виды полупроводников

По строению различают аморфные, жидкие, кристаллические и стеклообразные полупроводники. Аморфные сильнее подвержены изменениям при термическом воздействии и относительно упорядочены в своей кристаллической структуре: между собой наиболее устойчивые связи имеют только ближайшие атомы. Жидкие полупроводники это вещества, электропроводность которых увеличивается при плавлении. Кристаллический тип характеризуется устойчивыми крепкими связями между частицами материала, которые при нагревании разрушаются, снижая сопротивление при прохождении тока. Стеклообразные проводники сходны с кристаллическими по механизму работы, однако, из-за меньшего объема примесей их электропроводность выше.

По характеру проводимости

По характеру проводимости полупроводники делят на n-тип и р-тип. Полупроводник n-тип имеет примесные элементы, которые называются доноры. Полупроводники и р-тип в основе содержат примеси и характеризуются дырочной проводимостью.

Также существуют простые и сложные полупроводники. Состав первых образован преимущественно атомами одного вещества, примером тому бор, углерод, германий, кремний. Другие состоят их сложной атомарной композиции. Например, халькогениды – это соединения серы, селена и теллура.

Собственная проводимость

Собственной проводимостью полупроводников называется проводимость, обусловленная движением одинакового количества электронов и дырок, которые образуются в результате перехода электронов из валентной зоны в зону проводимости. В идеальном полупроводнике количество электронов и «дырок» одинаково. Ток создаётся равным движением «дырок» и отрицательно заряженных электронов. Электропроводность чистого полупроводника больше при достаточной концентрации электронов и «дырок».

Примесная проводимость

Содержание примесей влияет на свойства полупроводников. Примесная проводимость обычно выше собственной, поэтому легирующие примеси, внедренные в структуру материала, существенно меняют проводимость. Примесным центром может стать:

— атом или ион химического элемента, входящего в состав полупроводника;

— избыточные атомы или электроны, входящие в междоузлие кристаллической решетки;

— дефекты кристаллической решетки: трещины, сдвиги, пустые узлы.

Примеси бывают донорные и акцепторные. Небольшое количество примеси может сильно изменить электропроводность. Это объясняется способностью примесных атомов поставлять в кристаллическую решётку электроны или поглощать электроны, образуя большое количество «дырок». Донорные примеси поставляют электроны проводимости без образования такого же количества «дырок». Акцепторные примеси захватывают валентные электроны и создают подвижные дырки, но число электронов проводимости не увеличивают.

По виду проводимости

Электронный полупроводник типа n (от латинского negative — отрицательный) содержит в кристаллической решетке основные четырёхвалентные атомы, примесные донорные пятивалентные атомы. В электронном полупроводнике основными носителями заряда являются электроны, а дырки – второстепенными.

Дырочные полупроводники (р-типа)

Дырочный полупроводник или р-тип (от латинского positive — положительный) содержит в структуре примесные трёхвалентные атомы, акцепторы. Свободную связь примесного атома заполняет электрон, который покидает соседнюю связь. Примесный атом превращается в ион, а на том месте, откуда ушел электрон появляется «дырка». В дырочном полупроводнике основными носителями заряда являются «дырки».

Дефицит полупроводников

В последние годы спрос на полупроводники превышает предложение на 30%. Кризис нехватки полупроводниковых устройств охватил 169 отрасли. В частности, производство смартфонов, видеокарт и автопромышленность сильно нуждаются в полупроводниках. Дефицит полупроводниковых компонентов привёл к сокращению выпуска автомобилей. Например, индийский автодилер Maruti Suzuki уменьшил объем производства на 60% из-за нехватки полупроводников.

Сложность и дороговизна производства — это главная причина дефицита полупроводников. Основой чипов в основном является кристалл, который нужно вырастить. Выращивание кристалла процесс долгий и трудоёмкий. Он возможен при наличии необходимой инфраструктуры и условий.

Одна из причин кризиса полупроводников – пандемия коронавируса, вызвавшая резкое возрастание спроса на высокоточное медицинское оборудование. Одним из комплектующих для приборов является полупроводник.

По различным прогнозам, минимальный срок для преодоления кризиса в отрасли составляет 2 года. В настоящий момент полупроводники продолжают расти в цене, а вместе с ними и различное оборудование – от игровых консолей до видеокарт для майнинга криптовалюты.

Практическое применение полупроводников

Полупроводники имеют широкое применение в промышленности, в аналоговой и цифровой электронике. Особенно активно их используют в электронных приложениях для изготовления транзисторов, интегральных схем, тиристоров, симисторов, лазеров, датчиков давления и диодов. Они также играют роль аксессуаров для оптических датчиков и силовых устройств систем передачи электроэнергии. Полупроводники подходят для технологических разработок в области телекоммуникации, систем управления, обработки сигналов в быту и промышленности.

Кремний, благодаря своим оптическим свойствам активно используется для производства солнечных батарей и фотодиодов, но быть источником света не может.

При производстве холодильников, кондиционеров полупроводниковые устройства применяют в системе охлаждения для контроля и поддержания температуры. В микроволновых печах есть полупроводник, необходимый для создания тепла.

Для преобразования бытовой электроэнергии в постоянный ток в зарядных устройствах для телефона и ноутбука используют разные полупроводниковые устройства.

Широкий спектр полупроводников берется для создания электронной связи.

Современные космические технологии не обходятся без полупроводников. Они участвуют в запуске двигателей и поддерживании скорости.

Полупроводниковые устройства применяются в машиностроении для производства устройств контроля, мониторинга местоположения, направления и скорости.

Современные процессоры содержат миллионы полупроводников, которые позволяют обрабатывать большой объём данных и быстро запускать в работу. Поэтому компьютерные системы – она из ключевых сфер, куда внедряется этот тип материалов.

Классификация полупроводниковых приборов

С середины XX века полупроводниковая промышленность стала процветающей отраслью. Вопреки постоянным кризисам, она сейчас стремительно развивается. Основными мировыми производителями являются Южная Корея, Тайвань, Сингапур, Япония, Швейцария, США.

Процесс создания полупроводников состоит из пяти этапов. На первом этапе происходит механическая обработка в основном кремниевых пластин. Затем, чтобы полупроводниковый материал начал проявлять свои способности, пластины очищают жидкостным или газовым травлением и наращивают слой полупроводника. Следующий этап заключается в фотолитографии рельефа на пластине и добавлении примесей. Затем на пластине формируют контакты и пассивные элементы. Дорожки создают из тончайшего металла путём вакуумного напыления.

Из-за сложности производства и себестоимости ни одна страна не производит полупроводники от начала до конца. Процесс производства разделен между заводами нескольких стран. Производство станков и комплектующих, программное обеспечение находятся в разных государствах.

В настоящее время в производители нацелены на создание сверхтонких полупроводников. Уменьшение нанометров влечёт увеличение стоимости, а скорость не изменяется.

Механизм электрической проводимости

В полупроводниках, так же как и в металлах, носителями тока становятся электроны. В металлах концентрация электронов в свободном состоянии во много раз больше, чем в полупроводниках. Поэтому в полупроводнике происходят постоянно два противоположных процесса: процесс освобождения электронов и процесс воссоединения с ионом. Дополнительная энергия переводит электрон в свободное состояние.

Немногочисленные свободные электроны отрываются от атома, а они, в свою очередь, становятся ионами. Каждый ион окружается незаряженными атомами. Нейтральные атомы отдают свой электрон иону и превращаются в положительный ион. Другой ион соответственно становится нейтральным. Обмен электронами изменяет нахождение положительных ионов: положительный заряд передвигается. При отсутствии внешнего поля каждому электрону, движущемуся в одном направлении, соответствует движение электрона в противоположном направлении. Похожий процесс происходит с положительным зарядом. При появлении внешнего воздействия проводимость вызывается двумя процессами.

Чем отличаются проводники от полупроводников?

Основные свойства проводника — это высокий уровень проводимости и низкое удельное электрическое сопротивление. Его особенность в наличии свободных электронов, которые способствуют прохождению электрического тока. У проводника, таким образом, проводимость выше.

Полупроводник же от него отличается сильной зависимостью удельной проводимости от температуры, разных типов излучения, электрического поля и от концентрации примесей. Поэтому в полупроводниках образование свободных электронов происходит только при определённых условиях. При повышении температуры проводимость полупроводника возрастает, у проводника при этих условиях падает. Наличие примесей играет обратную роль. Полупроводнику даёт повышенный уровень проводимости, а для проводника — пониженный. Чистый металл обладает большей проводимостью. Эти свойства эффективно применяются в производстве электронных приборов.

Дырка

Полупроводники, в отличие от проводников, имеют «дырки» в своей структуре. « Дырки» – это вакантное электронное состояние в кристаллической решётке, имеющее избыточный положительный заряд. « Дырки» и электроны проводят ток. Важную роль в появлении «дыр» и электронов играют вид и количество примесей в полупроводнике. Определённое число примесей позволяет получать полупроводник с нужными свойствами.

Появление «дырок» связано с температурой внешней среды. При низкой температуре электрон не способен разорвать связь с атомом. Повышение температуры даёт возможность электрону оторваться от ядра. В результате разрыва появляется свободное место, то есть «дырка» с положительным зарядом. Заполняя свободные «дырки», оторвавшиеся электроны восстанавливают связь с другими атомами.

Энергетические зоны

В полупроводниках под воздействием атомов энергетические уровни расщепляются, образуя энергетические зоны. Они состоят из близкорасположенных энергетических уровней, число которых соответствует числу однородных атомов в теле.

Энергетические зоны, которые образовались при расщеплении одного или нескольких уровней атома, называют разрешённой зоной. В ней верхний энергетический уровень называют потолком, а нижний — дном. Валентная зона и зона проводимости составляют уровни разрешённой зоны. Валентная зона является верхней заполненной зоной. Это энергетическая область разрешённых электронных состояний, которая заполняется валентными электронами. Зона проводимости это область, где находятся электроны валентной зоны, перешедшие запрещённую зону – то есть зону, где отсутствуют энергетические уровни.

Наличие запрещённой зоны означает, что для передвижения в зону проводимости электрону необходима большая энергия, чем ширина запрещённой зоны. Она характеризуется разностью энергий дна зоны проводимости и потолка валентной зоны, или шириной запрещённой зоны. Ширина запрещённой зоны меняется в зависимости от температурных показателей среды. Чаще с повышением температуры ширина запрещённой зоны сокращается.

Подвижность

В полупроводнике подвижными являются электроны и «дырки». Подвижностью носителей заряда называют пропорциональность между дрейфовой скоростью носителей заряда и величиной электрического тока. Этот показатель зависит от массы свободных носителей (электронов). Важно, что у электрических зарядов он выше, чем у «дырок».

Все материалы имеют разную подвижность электронов. Она изменяется при температурном воздействии на тело или при добавлении примесей.

С увеличением температуры подвижность сначала увеличивается. Дойдя до максимального уровня, она сокращается.

Увеличение концентрации примесей влечёт уменьшение подвижности, потому что носители заряда рассеиваются на ионах примеси. При малой концентрации примеси происходит обратное, но проводимость может быть невысокой. Это объясняется малым количеством заряженных частиц.

Увеличение напряжённости электрического поля увеличивает дрейфовую скорость заряженных частиц. Она будет увеличиваться, пока не станет тепловой. После подвижность носителей заряда уменьшается.

Группы полупроводников

Все полупроводники делятся на три группы: атомные, полупроводники с валентными связями и полупроводники с ионной кристаллической решёткой.

Атомные полупроводники имеют атомную кристаллическую решётку. К ним относятся кремний, бор, сера, фосфор, селен.

В полупроводниках с ионной кристаллической решёткой атомы связаны кулоновскими силами, например, сульфид свинца.

В полупроводниках с валентными связями атомы образуют кристаллы в виде большой молекулы. Например, антимонид индия, арсенид галия.

Также полупроводники разделяют на органические и неорганические. Неорганические полупроводники имеют координационную структуру, молекулы в их структуре отсутствуют. Органические состоят из атомов водорода и углерода, иногда – гетероатомов (серы, кислорода, азота).

Также полупроводники делятся на магнитные и немагнитные. Учитывая их свойства, можно менять проводимость материалов, воздействуя на них магнитными силами (полем). Магнитные полупроводники представляют собой ферромагнетики с собственной магнитной подрешёткой, а немагнитные – диамагнитную кристаллическую матрицу. Немагнитные включают в себя элементы, химические соединения, твёрдые растворы.

Какие свойства характеризуют полупроводник?

Полупроводники характеризуются: типом проводимости (электронный и дырочный), удельным сопротивлением, временем существования носителей заряда и плотностью дислокации. Основное свойство полупроводника это увеличение проводимости электрического тока при условии внешнего воздействия.

Электропроводность

В полупроводнике валентные электроны связаны кристаллической решёткой. Проводимость материала обусловлена разрывом связей при помощи внешней энергии. Она должна превышать энергию запрещённой зоны.

Электропроводность зависит от наличия свободных электронов. Они обладают ещё и дырочной электропроводностью, что не наблюдается у металлов.

В полупроводниках между валентной зоной и зоной проводимости находится запрещённая зона. Под воздействием внешних факторов происходит переход электронов из валентной зоны в зону проводимости. В валентной зоне появляются свободные энергетические уровни. В зоне проводимости образуются свободные электроны, которые называются электронами проводимости.

Электрофизические характеристики

К электрофизическим характеристикам полупроводников относят время существования, ширину запрещённой зоны, температуру, подвижность электронов, удельное сопротивление и энергию ионизации примесей.

Изменение
электропроводности полупроводников
под влиянием температуры
позволило применять их в приборах,
работа которых основана на использовании
этого свойства. Полупроводники используют
в качестве термометров для
замера температур окружающей среды.
Они более чувствительны, чем термометры
сопротивления, изготовляемые из металла.
У некоторых проводников повышение
температуры на 1°С увеличивает
электропроводность на 3-6%, повышение
температуры на 10° — примерно на 75%, а
повышение температуры на 100°С увеличивает
электропроводность в 50 раз. Благодаря
высокому удельному сопротивлению
полупроводников их применяют в качестве
чувствительных термометров при
дистанционных измерениях.

Перевод электронов
в свободное состояние или образование
«дырок» в полупроводнике может происходить
не только под влиянием тепла, но и в
результате воздействия других видов
энергии, таких, как световая, энергия
потока заряженных частиц. Увеличение
количества свободных электронов или
«дырок»
проявляется повышением электропроводности
и возникновении тока.

У многих
полупроводников связь между электронами
и атомами настолько незначительна, что
лучистой энергии света вполне достаточно
для перевода электронов в свободное
состояние. Для жёлтого света энергия
фотона составляет 2 электрон-вольта, а
у некоторых полупроводников перевод
электронов в свободное состояние
происходит под влиянием нескольких
десятых долей электрон-вольта. У таких
полупроводников повышение проводимости
наблюдается даже под влиянием инфракрасной
части спектра. Это даёт возможность
обнаруживать на расстоянии многих
километров излучение, исходящее от даже
слабо нагретых тел.

Повышение
электропроводности, вызванное
светом, носит название фотопроводимости,
а основанные на этом явлении
приборы называют фотосопротивлениями.

Подбирают
фотосопротивления в зависимости от
условий облучения, в которых им приходится
работать. Наиболее употребительные
материалы для фотосопротивлений в
видимой части спектра — сернистый кадмий,
сернистый таллий, сернистый висмут, а
для инфракрасных лучей — сернистый,
селенистый и теллуристый свинец.

Фотосопротивления
широко применяют для сигнализации и
автоматики, управления на расстоянии
производственными процессами, сортировки
изделий. С их помощью предупреждают
несчастные случаи и аварии при нарушении
хода процесса, автоматически останавливая
машины. Фотоэлектрическое устройство
приходит в действие от появления
или исчезновения лучей на
фотосопротивлении или резкого
изменения их интенсивности, например,
при появлении пламени, наступлении
темноты, прерывания луча.

Для контроля хода
процесса луч света направляют на
фотосопротивление. Между источником
света и фотосопротивлением находится
или проходит «указатель», свидетельствующий
о нормальном ходе процесса. Таким
указателем могут быть изделия, непрерывно
движущиеся на конвейерной ленте. В
случае нарушения нормального хода
процесса конвейер может автоматически
выключаться.

Фотосопротивление
используют для сортировки изделий по
их окраске или размерам. В зависимости
от изменения размера или окраски изделия
количество световой
энергии, попадающей на фотосопротивление,
может изменяться, а вместе с этим
изменяется проводимость и ток в
полупроводнике. Это даёт возможность
направлять отсортированные изделия в
предназначенные для каждого из них
места.

Полупроводники
широко используются и при изготовлении
термоэлементов — приборов, в которых
тепловая энергия непосредственно
превращается в электрическую.

Основаны они на
явлении Зеебека, заключающемся в том,
что при нагреве места спая двух разнородных
металлов в замкнутой цепи возникает
электродвижущая сила. Явление Зеебека
используется давно для измерения
температур с помощью термопар. Для
получения электрической энергии из
тепловой металлические проводники не
эффективны, так как коэффициент полезного
действия
(к.п.д.) таких термоэлементов составляет
всего 0,5%. Для этой цели используют
полупроводники.

Коэффициент
полезного действия термоэлемента,
составленного из полупроводников,
доходит до 7-10%, т.е. находится на уровне
к.п.д. таких машин, как паровозы, в которых
он равен 4-8%.

Важной
особенностью, открывающей широкие
перспективы применения полупроводников,
является получение с их помощью холода
и тепла.

Такое использование
полупроводников основано на
термоэлектрических явлениях, обратных
наблюдающимся в термоэлементах. Ток,
возникающий в замкнутой цепи термоэлемента,
охлаждает горячий спай и наоборот,
подогревает холодный спай. При пропускании
же тока через термоэлементы в обратном
направлении выделяется тепло в горячем
спае и отнимается тепло от холодного.
Это явление можно использовать при
конструировании холодильников и
нагревателей. Применяя
для этой цели полупроводники,
дающие достаточно высокий
к.п.д. термоэлемента, можно получить
значительную разность температур.
Например, полупроводники из сплавов
висмута, селена,
теллура и сурьмы обеспечивают в
термоэлементе разность температур
около 60°С, а в сконструи-рованном
с помощью таких полупроводников
холодильном
шкафу можно поддерживать температуру
-16°С. Этим же явлением можно воспользоваться
и для отопления зданий. спай
и нагревают другой, т.е. переносят тепло
от одного спая к другому.

Соседние файлы в папке Чет про электрику