సెమీకండక్టర్ పరికరాలు మరియు సర్క్యూట్లు, అనువర్తనాలు

సెమీకండక్టర్ పరికరం మంచి కండక్టర్ లేదా మంచి ఇన్సులేటర్ లేని పదార్థంతో రూపొందించబడింది, దీనిని సెమీకండక్టర్ అంటారు. ఇటువంటి పరికరాలు వాటి విశ్వసనీయత, కాంపాక్ట్నెస్ మరియు తక్కువ ఖర్చు కారణంగా విస్తృత అనువర్తనాలను ఏర్పాటు చేశాయి. ఇవి విద్యుత్ పరికరాలు, కాంపాక్ట్‌నెస్ ఆప్టికల్ సెన్సార్లు మరియు కాంతి ఉద్గారాలలో ఉపయోగించబడే వివిక్త భాగాలు, వీటిలో ఘన-స్థితి లేజర్‌లు ఉన్నాయి. ప్రస్తుత రేటింగ్‌లు 5,000 ఆంపియర్‌లకు పైగా మరియు వోల్టేజ్ రేటింగ్‌లు 100,000 వోల్ట్‌లకు మించి, ప్రస్తుత మరియు వోల్టేజ్ నిర్వహణ సామర్థ్యాలను కలిగి ఉన్నాయి. మరింత ముఖ్యంగా, సెమీకండక్టర్ పరికరాలు సంక్లిష్టమైన కానీ తక్షణమే బిల్డ్-అప్ మైక్రోఎలక్ట్రానిక్ సర్క్యూట్లలో ఏకీకరణకు తమను తాము అప్పుగా తీసుకుంటాము. డేటా-ప్రాసెసింగ్, వినియోగదారు మరియు పారిశ్రామిక-నియంత్రణ పరికరాలతో కమ్యూనికేషన్లతో సహా మెజారిటీ ఎలక్ట్రానిక్ వ్యవస్థల యొక్క ముఖ్య అంశాలు వారికి భవిష్యత్తును కలిగి ఉన్నాయి.

సెమీకండక్టర్ పరికరాలు అంటే ఏమిటి?

సెమీకండక్టర్ పరికరాలు తప్ప మరేమీ కాదు ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు సిలికాన్, జెర్మేనియం మరియు గాలియం ఆర్సెనైడ్, అలాగే సేంద్రీయ సెమీకండక్టర్స్ వంటి సెమీకండక్టర్ పదార్థాల ఎలక్ట్రానిక్ లక్షణాలను దోపిడీ చేస్తుంది. సెమీకండక్టర్ పరికరాలు అనేక అనువర్తనాలలో వాక్యూమ్ గొట్టాలను భర్తీ చేశాయి. అధిక శూన్యంలో థర్మోనిక్ ఉద్గారానికి విరుద్ధంగా వారు ఘన స్థితిలో ఎలక్ట్రానిక్ ప్రసరణను ఉపయోగిస్తారు. సెమీకండక్టర్ పరికరాలు వివిక్త పరికరాల కోసం తయారు చేయబడతాయి మరియు ఇంటిగ్రేటెడ్ సర్క్యూట్లు , ఇవి ఒకే సెమీకండక్టర్ ఉపరితలం లేదా పొరపై తయారు చేయబడిన మరియు ఒకదానితో ఒకటి అనుసంధానించబడిన కొన్ని నుండి బిలియన్ల పరికరాలను కలిగి ఉంటాయి.

సెమీకండక్టర్ పరికరాలు

సెమీకండక్టర్ పదార్థాలు వాటి ప్రవర్తన ద్వారా ఉపయోగపడతాయి, వీటిని మలినాలను చేర్చడం ద్వారా సులభంగా మార్చవచ్చు డోపింగ్ అంటారు. సెమీకండక్టర్ వాహకతను విద్యుత్ లేదా అయస్కాంత క్షేత్రం ద్వారా, కాంతి లేదా వేడికి గురికావడం ద్వారా లేదా డోప్డ్ మోనో స్ఫటికాకార గ్రిడ్ యొక్క యాంత్రిక వైకల్యం ద్వారా నియంత్రించవచ్చు, తద్వారా సెమీకండక్టర్స్ అద్భుతమైన సెన్సార్లను తయారు చేయగలవు. సెమీకండక్టర్‌లో ప్రస్తుత ప్రసరణ ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాలు లేకుండా సంభవిస్తుంది, వీటిని సమిష్టిగా ఛార్జ్ క్యారియర్లు అంటారు. సిలికాన్ యొక్క డోపింగ్ తక్కువ మొత్తంలో అశుద్ధ అణువులను జోడించడం ద్వారా జరుగుతుంది మరియు భాస్వరం లేదా బోరాన్ కోసం కూడా, సెమీకండక్టర్‌లోని ఎలక్ట్రాన్లు లేదా రంధ్రాల సంఖ్యను గణనీయంగా పెంచుతుంది.

డోప్డ్ సెమీకండక్టర్ అదనపు రంధ్రాలను కలిగి ఉన్నప్పుడు దీనిని 'పి-టైప్' (రంధ్రాలకు పాజిటివ్) సెమీకండక్టర్ అని పిలుస్తారు, మరియు ఇది కొంత ఉచిత ఎలక్ట్రాన్లను కలిగి ఉన్నప్పుడు, దీనిని 'ఎన్-టైప్' (ఎలక్ట్రాన్లకు ప్రతికూల) సెమీకండక్టర్ అని పిలుస్తారు. మెజారిటీ మొబైల్ ఛార్జ్ క్యారియర్‌ల ఛార్జ్ సంకేతం. N- రకం మరియు p- రకం సెమీకండక్టర్లను కలిపిన చోట ఏర్పడిన జంక్షన్లను p-n జంక్షన్ అంటారు.

డయోడ్

ఒక సెమీకండక్టర్ డయోడ్ ఒక పరికరం సాధారణంగా ఒకే p-n జంక్షన్‌తో రూపొందించబడింది. పి-టైప్ మరియు ఎన్-టైప్ సెమీకండక్టర్ యొక్క జంక్షన్ క్షీణత ప్రాంతంగా ఏర్పడుతుంది, ఇక్కడ మొబైల్ ఛార్జ్ క్యారియర్లు లేకపోవడం వల్ల ప్రస్తుత ప్రసరణ ప్రత్యేకించబడింది. పరికరం ముందుకు పక్షపాతంతో ఉన్నప్పుడు, ఈ క్షీణత ప్రాంతం తగ్గించబడుతుంది, ఇది ముఖ్యమైన ప్రసరణకు అనుమతిస్తుంది, డయోడ్ రివర్స్ పక్షపాతంతో ఉన్నప్పుడు, తక్కువ విద్యుత్తును మాత్రమే సాధించవచ్చు మరియు క్షీణత ప్రాంతాన్ని విస్తరించవచ్చు. సెమీకండక్టర్‌ను కాంతికి బహిర్గతం చేయడం వల్ల ఎలక్ట్రాన్ హోల్ జతలను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు, ఇది ఉచిత క్యారియర్‌ల సంఖ్యను పెంచుతుంది మరియు తద్వారా వాహకత పెరుగుతుంది. ఈ దృగ్విషయాన్ని సద్వినియోగం చేసుకోవడానికి ఆప్టిమైజ్ చేసిన డయోడ్లను ఫోటోడియోడ్లు అంటారు. కాంపౌండ్ సెమీకండక్టర్ డయోడ్లు కాంతి, కాంతి-ఉద్గార డయోడ్లు మరియు లేజర్ డయోడ్లను ఉత్పత్తి చేయడానికి కూడా ఉపయోగించబడుతున్నాయి.

డయోడ్

ట్రాన్సిస్టర్

బైపోలార్ జంక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్లు p-n-p లేదా n-p-n ఆకృతీకరణలో రెండు p-n జంక్షన్ల ద్వారా ఏర్పడతాయి. మధ్య లేదా బేస్, జంక్షన్ల మధ్య ప్రాంతం సాధారణంగా చాలా ఇరుకైనది. ఇతర ప్రాంతాలు మరియు వాటికి సంబంధించిన టెర్మినల్స్ ను ఉద్గారిణి మరియు కలెక్టర్ అంటారు. బేస్ మరియు ఉద్గారిణి మధ్య జంక్షన్ ద్వారా ఇంజెక్ట్ చేయబడిన ఒక చిన్న కరెంట్ బేస్ కలెక్టర్ జంక్షన్ యొక్క లక్షణాలను మారుస్తుంది, కనుక ఇది రివర్స్ బయాస్ అయినప్పటికీ కరెంట్‌ను నిర్వహించగలదు. ఇది కలెక్టర్ మరియు ఉద్గారిణి మధ్య పెద్ద ప్రవాహాన్ని సృష్టిస్తుంది మరియు బేస్-ఉద్గారిణి ప్రవాహం ద్వారా నియంత్రించబడుతుంది.

ట్రాన్సిస్టర్

మరొక రకమైన ట్రాన్సిస్టర్ అని పేరు పెట్టారు ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ , ఇది విద్యుత్ క్షేత్రం ఉండటం ద్వారా సెమీకండక్టర్ వాహకత పెరుగుతుంది లేదా తగ్గుతుంది అనే సూత్రంపై పనిచేస్తుంది. విద్యుత్ క్షేత్రం సెమీకండక్టర్‌లో ఎలక్ట్రాన్లు మరియు రంధ్రాల సంఖ్యను పెంచుతుంది, తద్వారా దాని వాహకతను మారుస్తుంది. విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని రివర్స్-బయాస్డ్ పి-ఎన్ జంక్షన్ ద్వారా అన్వయించవచ్చు మరియు ఇది ఒక జంక్షన్ ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ (JFET) ను ఏర్పరుస్తుంది లేదా ఆక్సైడ్ పొర ద్వారా బల్క్ పదార్థం నుండి ఇన్సులేట్ చేయబడిన ఎలక్ట్రోడ్ ద్వారా ఏర్పడుతుంది మరియు ఇది ఒక మెటల్-ఆక్సైడ్ సెమీకండక్టర్ ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్ (MOSFET).

ఇప్పుడు ఒక రోజు MOSFET, ఘన-స్థితి పరికరం మరియు సెమీకండక్టర్ పరికరాల్లో ఎక్కువగా ఉపయోగించబడుతుంది. రెండు టెర్మినల్స్ మధ్య “ఛానల్” యొక్క వాహకతను నియంత్రించగల విద్యుత్ క్షేత్రాన్ని ఉత్పత్తి చేయడానికి గేట్ ఎలక్ట్రోడ్ వసూలు చేయబడుతుంది, దీనిని మూలం మరియు కాలువ అంటారు. ఛానెల్‌లోని క్యారియర్ రకాన్ని బట్టి, పరికరం n- ఛానల్ (ఎలక్ట్రాన్ల కోసం) లేదా p- ఛానల్ (రంధ్రాల కోసం) MOSFET కావచ్చు.

సెమీకండక్టర్ పరికర పదార్థాలు

సిలికాన్ (Si) సెమీకండక్టర్ పరికరాల్లో ఎక్కువగా ఉపయోగించే పదార్థం. ఇది తక్కువ ముడిసరుకు ఖర్చు మరియు సాపేక్షంగా సరళమైన ప్రక్రియను కలిగి ఉంది. దీని ఉపయోగకరమైన ఉష్ణోగ్రత పరిధి ప్రస్తుతం వివిధ పోటీ పదార్థాలలో ఉత్తమమైన రాజీగా చేస్తుంది. సెమీకండక్టర్ పరికరాల తయారీలో ఉపయోగించే సిలికాన్ ప్రస్తుతం 300 మిమీ (12 అంగుళాల) పొరల తయారీకి అనుమతించేంత పెద్ద వ్యాసం కలిగిన గిన్నెలుగా తయారు చేయబడింది.

ప్రారంభ సెమీకండక్టర్ పదార్థంలో జెర్మేనియం (జి) విస్తృతంగా ఉపయోగించబడింది, అయితే దాని ఉష్ణ సున్నితత్వం సిలికాన్ కంటే తక్కువ ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది. ఈ రోజుల్లో, జెర్మేనియం చాలా-హై-స్పీడ్ SiGe పరికరాల్లో ఉపయోగం కోసం తరచుగా (Si) సిలికాన్‌తో కలపబడుతుంది. IBM అటువంటి పరికరాల యొక్క ప్రధాన నిర్మాత.

గాలియం ఆర్సెనైడ్ (GaAs) కూడా హై-స్పీడ్ పరికరాలతో విస్తృతంగా ఉపయోగించబడుతోంది, కానీ ఇప్పటివరకు, ఈ పదార్థం యొక్క పెద్ద-వ్యాసం గల గిన్నెలను ఏర్పరచడం చాలా కష్టమైంది, పొర వ్యాసం పరిమాణాలను సిలికాన్ పొరల కంటే గణనీయంగా చిన్నదిగా పరిమితం చేయడం ద్వారా గాలియం ఆర్సెనైడ్ యొక్క భారీ ఉత్పత్తి అవుతుంది (GaAs) పరికరాలు సిలికాన్ కంటే చాలా ఖరీదైనవి.

సాధారణ సెమీకండక్టర్ పరికరాల జాబితా

సాధారణ సెమీకండక్టర్ పరికరాల జాబితాలో ప్రధానంగా రెండు టెర్మినల్స్, మూడు టెర్మినల్స్ మరియు నాలుగు టెర్మినల్ పరికరాలు ఉన్నాయి.

సాధారణ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు

రెండు టెర్మినల్ పరికరాలు

• డయోడ్ (రెక్టిఫైయర్ డయోడ్)
• గన్ డయోడ్
• IMPACT డయోడ్లు
• లేజర్ డయోడ్
• జెనర్ డయోడ్
• షాట్కీ డయోడ్
• పిన్ డయోడ్
• టన్నెల్ డయోడ్
• కాంతి-ఉద్గార డయోడ్ (LED)
• ఫోటో ట్రాన్సిస్టర్
• ఫోటోసెల్
• సౌర ఘటం
• తాత్కాలిక-వోల్టేజ్-అణచివేత డయోడ్
• VCSEL

మూడు టెర్మినల్ పరికరాలు

• బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్
• ఫీల్డ్-ఎఫెక్ట్ ట్రాన్సిస్టర్
• డార్లింగ్టన్ ట్రాన్సిస్టర్
• ఇన్సులేటెడ్-గేట్ బైపోలార్ ట్రాన్సిస్టర్ (IGBT)
• యూనిజక్షన్ ట్రాన్సిస్టర్
• సిలికాన్-నియంత్రిత రెక్టిఫైయర్
• థైరిస్టర్
• TRIAC

నాలుగు టెర్మినల్ పరికరాలు

• ఫోటో కప్లర్ (ఆప్టోకపులర్)
• హాల్ ఎఫెక్ట్ సెన్సార్ (మాగ్నెటిక్ ఫీల్డ్ సెన్సార్)

సెమీకండక్టర్ పరికర అనువర్తనాలు

అన్ని రకాల ట్రాన్సిస్టర్‌ను ఉపయోగించవచ్చు లాజిక్ గేట్ల బిల్డింగ్ బ్లాక్స్ , ఇది డిజిటల్ సర్క్యూట్ల రూపకల్పనకు ఉపయోగపడుతుంది. మైక్రోప్రాసెసర్‌ల వంటి డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో, ట్రాన్సిస్టర్‌లు కాబట్టి మోస్‌ఫెట్‌లో స్విచ్ (ఆన్-ఆఫ్) గా పనిచేస్తాయి, ఉదాహరణకు, గేట్‌కు వర్తించే వోల్టేజ్ స్విచ్ ఆన్ లేదా ఆఫ్‌లో ఉందో లేదో నిర్ణయిస్తుంది.

ట్రాన్సిస్టర్‌లు అనలాగ్ సర్క్యూట్‌ల కోసం ఉపయోగించబడతాయి సాపేక్షంగా స్విచ్‌లు (ఆన్-ఆఫ్) గా పనిచేయవు, అవి నిరంతర శ్రేణి అవుట్‌పుట్‌తో నిరంతర శ్రేణి ఇన్‌పుట్‌కు ప్రతిస్పందిస్తాయి. సాధారణ అనలాగ్ సర్క్యూట్లలో ఓసిలేటర్లు మరియు యాంప్లిఫైయర్లు ఉన్నాయి. అనలాగ్ సర్క్యూట్లు మరియు డిజిటల్ సర్క్యూట్ల మధ్య ఇంటర్ఫేస్ లేదా అనువదించే సర్క్యూట్లను మిశ్రమ-సిగ్నల్ సర్క్యూట్లు అంటారు.

సెమీకండక్టర్ పరికరాల ప్రయోజనాలు

• సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు తంతువులు లేనందున, ఎలక్ట్రాన్ల ఉద్గారానికి కారణమయ్యే వాటిని వేడి చేయడానికి శక్తి అవసరం లేదు.
• తాపన అవసరం లేదు కాబట్టి, సర్క్యూట్ ఆన్ చేసిన వెంటనే సెమీకండక్టర్ పరికరాలు పనిచేస్తాయి.
• ఆపరేషన్ సమయంలో, సెమీకండక్టర్ పరికరాలు ఎటువంటి హమ్మింగ్ శబ్దాన్ని ఉత్పత్తి చేయవు.
• వాక్యూమ్ గొట్టాలతో పోలిస్తే సెమీకండక్టర్ పరికరాలకు తక్కువ వోల్టేజ్ ఆపరేషన్ అవసరం.
• వాటి చిన్న పరిమాణాల కారణంగా, సెమీకండక్టర్ పరికరాలతో కూడిన సర్క్యూట్లు చాలా కాంపాక్ట్.
• సెమీకండక్టర్ పరికరాలు షాక్ ప్రూఫ్.
• వాక్యూమ్ గొట్టాలతో పోలిస్తే సెమీకండక్టర్ పరికరాలు చౌకగా ఉంటాయి.
• సెమీకండక్టర్ పరికరాలు దాదాపు అపరిమితమైన జీవితాన్ని కలిగి ఉంటాయి.
• సెమీకండక్టర్ పరికరాల్లో శూన్యత సృష్టించనందున, వాటికి వాక్యూమ్ క్షీణత సమస్య లేదు.

సెమీకండక్టర్ పరికరాల యొక్క ప్రతికూలతలు

• వాక్యూమ్ ట్యూబ్‌లతో పోలిస్తే సెమీకండక్టర్ పరికరాల్లో శబ్దం స్థాయి ఎక్కువగా ఉంటుంది.
• సాధారణ సెమీకండక్టర్ పరికరాలు సాధారణ వాక్యూమ్ గొట్టాలు చేయగలిగినంత శక్తిని నిర్వహించలేవు.
• అధిక పౌన frequency పున్య శ్రేణిలో, వారికి తక్కువ స్పందన ఉంది.

ఈ విధంగా, వివిధ రకాలైన సెమీకండక్టర్ పరికరాల గురించి రెండు టెర్మినల్స్, మూడు టెర్మినల్స్ మరియు నాలుగు టెర్మినల్ పరికరాలు ఉన్నాయి. ఈ భావనపై మీకు మంచి అవగాహన వచ్చిందని మేము ఆశిస్తున్నాము. ఇంకా, ఈ భావన లేదా ఎలక్ట్రికల్ మరియు ఎలక్ట్రానిక్ ప్రాజెక్టులకు సంబంధించి ఏవైనా సందేహాలు ఉంటే, దయచేసి దిగువ వ్యాఖ్య విభాగంలో వ్యాఖ్యానించడం ద్వారా మీ అభిప్రాయాన్ని తెలియజేయండి. ఇక్కడ మీ కోసం ఒక ప్రశ్న ఉంది, సెమీకండక్టర్ పరికరాల అనువర్తనాలు ఏమిటి?

ఫోటో క్రెడిట్స్:

• డయోడ్ వండర్హోటో
• సెమీకండక్టర్ పరికర పదార్థాలు వండర్ విజ్కిడ్స్
• సెమీకండక్టర్ పరికరాల రకాలు వికీమీడియా