Орчин үеийн технологи нь хагас дамжуулагч гэж нэрлэгддэг материалын ангиллын ачаар боломжтой болсон. Бүх идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүд, нэгдсэн хэлхээ, микрочип, транзистор болон олон мэдрэгчийг хагас дамжуулагч материалаар хийсэн.
Цахиур нь электроникийн хамгийн өргөн хэрэглэгддэг хагас дамжуулагч материал боловч германий, галлийн арсенид, цахиурын карбид, органик хагас дамжуулагч зэрэг олон төрлийн хагас дамжуулагчийг ашигладаг. Материал бүр нь өртөг, гүйцэтгэлийн харьцаа, өндөр хурдтай ажиллах, өндөр температурт тэсвэрлэх чадвар эсвэл дохионы хүссэн хариу үйлдэл зэрэг давуу талуудтай.
Хагас дамжуулагч
Хагас дамжуулагч нь үйлдвэрлэлийн явцад инженерүүд цахилгааны шинж чанар, үйл ажиллагааг хянадаг тул ашигтай байдаг. Хагас дамжуулагчийн шинж чанарыг допинг гэж нэрлэдэг процессоор хагас дамжуулагч дотор бага хэмжээний хольц нэмэх замаар хянадаг. Янз бүрийн хольц, концентраци нь өөр өөр нөлөө үзүүлдэг. Допингийг хянаснаар хагас дамжуулагчаар дамжин өнгөрөх цахилгаан гүйдлийг хянах боломжтой.
Зэс гэх мэт ердийн дамжуулагчийн хувьд электронууд нь гүйдлийг дамжуулж, цэнэг зөөгчөөр ажилладаг. Хагас дамжуулагчийн хувьд электрон ба нүх (электрон байхгүй) хоёулаа цэнэгийн тээвэрлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг. Хагас дамжуулагчийн допингыг хянаснаар цахилгаан дамжуулах чанар болон цэнэг зөөгчийг электрон эсвэл нүхэнд суурилсан байхаар тохируулдаг.
Допингийн хоёр төрөл байдаг:
- N төрлийн нэмэлт бодисууд, ихэвчлэн фосфор эсвэл хүнцэл нь таван электронтой бөгөөд хагас дамжуулагч дээр нэмэхэд нэмэлт чөлөөт электрон үүсгэдэг. Электронууд сөрөг цэнэгтэй байдаг тул ийм хольцтой материалыг N төрлийн гэж нэрлэдэг.
- П төрлийн бор, галли зэрэг нэмэлт бодисууд нь гурван электронтой тул хагас дамжуулагч талст дотор электрон байхгүй болно. Энэ нь нүх эсвэл эерэг цэнэгийг үүсгэдэг тул P-төрлийг нэрлэсэн.
N төрлийн болон P төрлийн нэмэлт бодисууд нь бага хэмжээгээр ч гэсэн хагас дамжуулагчийг зохистой дамжуулагч болгодог. Гэсэн хэдий ч N ба P хэлбэрийн хагас дамжуулагч нь онцгой биш бөгөөд зөвхөн зохистой дамжуулагч юм. Эдгээр төрлүүдийг хооронд нь холбож, P-N уулзвар үүсгэх үед хагас дамжуулагч өөр өөр, хэрэгцээтэй зан үйлийг олж авдаг.
P-N уулзвар диод
П-N уулзвар нь материал бүрээс ялгаатай нь дамжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэггүй. P-N уулзвар нь гүйдлийг аль ч чиглэлд урсахаас илүүтэйгээр гүйдлийг зөвхөн нэг чиглэлд урсгаж, үндсэн диод үүсгэдэг.
P-N уулзвар дээр хүчдэлийг урагш чиглүүлэх (урагш хазайлт) нь N хэлбэрийн бүс дэх электронуудыг P хэлбэрийн бүсийн нүхнүүдтэй нэгтгэхэд тусалдаг. Диодоор дамжин өнгөрөх гүйдлийн урсгалыг (урвуу хазайлт) эргүүлэх оролдлого нь электронууд болон нүхнүүдийг хооронд нь холбодог бөгөөд энэ нь уулзвараар гүйдэл урсахаас сэргийлдэг. P-N уулзваруудыг өөр аргаар хослуулснаар транзистор зэрэг бусад хагас дамжуулагч бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хаалгыг нээнэ.
Транзистор
Үндсэн транзисторыг диодод ашигладаг хоёр биш харин N ба P төрлийн гурван материалын уулзварын хослолоор хийдэг. Эдгээр материалыг нэгтгэснээр биполяр холболтын транзистор (BJT) гэж нэрлэгддэг NPN ба PNP транзисторууд гарч ирдэг. Төв буюу суурь бүс BJT нь транзисторыг унтраалга эсвэл өсгөгчийн үүргийг гүйцэтгэх боломжийг олгодог.
NPN болон PNP транзисторууд нь ар ардаа байрлуулсан хоёр диод шиг харагддаг бөгөөд энэ нь бүх гүйдлийг аль ч чиглэлд урсахаас сэргийлдэг. Төвийн давхаргыг урагш чиглүүлэх үед төв давхаргаар бага хэмжээний гүйдэл урсах үед төв давхаргад үүссэн диодын шинж чанар өөрчлөгддөг бөгөөд бүхэл бүтэн төхөөрөмжөөр илүү их гүйдэл урсдаг. Энэ үйлдэл нь транзисторд жижиг гүйдлийг өсгөж, гүйдлийн эх үүсвэрийг асаах, унтраах унтраалга болж ажиллах боломжийг олгодог.
Олон төрлийн транзистор болон бусад хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүд нь P-N уулзваруудыг дэвшилтэт, тусгай функцтэй транзисторуудаас эхлээд удирдлагатай диод хүртэл хэд хэдэн аргаар нэгтгэснээр үүсдэг. Дараах нь P-N уулзваруудын болгоомжтой хослолоор хийгдсэн цөөн хэдэн бүрэлдэхүүн хэсэг юм:
- DIAC
- Лазер диод
- Гэрэл ялгаруулах диод (LED)
- Зерийн диод
- Дарлингтон транзистор
- Хээрийн нөлөөллийн транзистор (MOSFET орно)
- IGBT транзистор
- Цахиур удирдлагатай Шулуутгагч
- Нэгдсэн хэлхээ
- Микропроцессор
- Дижитал санах ой (RAM болон ROM)
Мэдрэгч
Хагас дамжуулагчийн зөвшөөрөгдсөн гүйдлийн хяналтаас гадна хагас дамжуулагч нь үр дүнтэй мэдрэгчийг бий болгох шинж чанартай байдаг. Эдгээрийг температур, даралт, гэрлийн өөрчлөлтөд мэдрэмтгий болгох боломжтой. Эсэргүүцлийн өөрчлөлт нь хагас дамжуулагч мэдрэгчийн хамгийн түгээмэл хариу үйлдэл юм.
Хагас дамжуулагч шинж чанараар боломжтой болсон мэдрэгчийн төрлүүд нь:
- Холл эффект мэдрэгч (соронзон орны мэдрэгч)
- Термистор (эсэргүүцлийн температур мэдрэгч)
- CCD/CMOS (зураг мэдрэгч)
- Фотодиод (гэрлийн мэдрэгч)
- Фоторезистор (гэрлийн мэдрэгч)
- Пьезорезистор (даралт/даралт мэдрэгч)
