Als we denken aan elektronische apparaten, denken we vaak na over hoe snel deze apparaten werken of hoe lang we het apparaat kunnen gebruiken voordat de batterij wordt opgeladen. Waar de meeste mensen niet aan denken, is wat de componenten in hun elektronische apparaten zijn. Hoewel elk apparaat qua constructie verschilt, hebben deze apparaten allemaal één ding gemeen: elektronische circuits met componenten die de chemische elementen silicium en germanium bevatten.

TL; DR (te lang; niet gelezen)

Silicium en germanium zijn twee chemische elementen die metalloïden worden genoemd. Zowel silicium als germanium kunnen worden gecombineerd met andere elementen die doteermiddelen worden genoemd om elektronische apparaten in vaste toestand te creëren, zoals dioden, transistoren en foto-elektrische cellen. Het belangrijkste verschil tussen silicium en germanium diodes is de spanning die nodig is om de diode aan te zetten (of "voorwaarts voorgespannen" te worden). Siliciumdiodes vereisen 0,7 volt om voorwaarts voorgespannen te worden, terwijl germaniumdiodes slechts 0,3 volt nodig hebben om voorwaarts voorgespannen te worden.

Hoe Metalloids elektrische stromen kunnen veroorzaken

Germanium en silicium zijn chemische elementen metalloïden genoemd. Beide elementen zijn broos en hebben een metaalachtige glans. Elk van deze elementen heeft een buitenste elektronenschil die vier elektronen bevat; deze eigenschap van silicium en germanium maakt het voor elk element in zijn puurste vorm moeilijk om een ​​goede elektrische geleider te zijn. Een manier om ervoor te zorgen dat een metalloïde elektriciteit vrijelijk kan geleiden, is het verwarmen ervan. Het toevoegen van warmte zorgt ervoor dat de vrije elektronen in een metalloïde sneller bewegen en vrijer reizen, waardoor toegepaste elektrische stroom kan stromen als het verschil in spanning over het metalloïde voldoende is om in de geleidingsband te springen.

Dopants naar silicium introduceren en Germanium

Een andere manier om de elektrische eigenschappen van germanium en silicium te veranderen, is het introduceren van chemische elementen die doteermiddelen worden genoemd. Elementen zoals boor, fosfor of arseen zijn te vinden op het periodiek systeem nabij silicium en germanium. Wanneer doteerstoffen in een metalloïde worden geïntroduceerd, verschaft de doteerstof ofwel een extra elektron aan de buitenste elektronenmantel van het metalloïde of ontneemt het het metalloïde van een van zijn elektronen.

In het praktische voorbeeld van een diode, een stuk van silicium is gedoteerd met twee verschillende doteerstoffen, zoals borium aan de ene kant en arsenicum aan de andere kant. Het punt waar de met boor gedoteerde zijde de met arseen gedoteerde zijde ontmoet, wordt een P-N-overgang genoemd. Voor een siliciumdiode wordt de met boor gedoteerde zijde "P-type silicium" genoemd omdat de introductie van boor het silicium van een elektron ontneemt of een elektron "gat" introduceert. Aan de andere kant wordt met arseen gedoteerd silicium "N silicium "omdat het een elektron toevoegt, waardoor het gemakkelijker wordt om elektrische stroom te laten vloeien wanneer er spanning op de diode wordt aangelegd.

Omdat een diode fungeert als een terugslagklep voor de stroom van elektrische stroom, er moet een spanningsverschil worden toegepast op de twee helften van de diode en deze moet in de juiste gebieden worden toegepast. In praktische termen betekent dit dat de positieve pool van een krachtbron moet worden aangebracht op de draad die naar het P-type materiaal gaat, terwijl de negatieve pool moet worden aangebracht op het N-type materiaal voor de diode om elektriciteit te geleiden. Wanneer vermogen op de juiste wijze wordt toegevoerd aan een diode, en de diode geleidt elektrische stroom, wordt gezegd dat de diode naar voren is voorgespannen. Wanneer de negatieve en positieve polen van een krachtbron worden toegepast op de materialen met tegengestelde polariteit van een diode - positieve pool op materiaal van het N-type en negatieve pool op materiaal van het P-type - geleidt een diode geen elektrische stroom, een toestand die bekend staat als reverse-bias.

Het verschil tussen germanium en silicium

Het belangrijkste verschil tussen germanium- en siliciumdiodes is de spanning waarbij de elektrische stroom vrij over de diode begint te stromen. Een germaniumdiode begint typisch een elektrische stroom te geleiden wanneer de spanning die op de juiste wijze over de diode wordt aangelegd 0,3 volt bereikt. Siliciumdiodes vereisen meer spanning om stroom te geleiden; het kost 0.7 volt om een ​​voorwaartse bias-situatie te creëren in een siliciumdiode.