Ngã ba pn
Bản thân một chất bán dẫn loại p hoặc loại n không hữu dụng lắm. Tuy nhiên, việc nối các vật liệu đối nghịch này tạo ra cái được gọi là ngã ba pn. Một ngã ba pn tạo thành một rào cản dẫn truyền giữa các vật liệu. Mặc dù các electron trong vật liệu loại n bị thu hút vào các lỗ trên vật liệu loại p, nhưng các electron thường không đủ năng lượng để vượt qua rào cản can thiệp. Tuy nhiên, nếu năng lượng bổ sung được cung cấp cho các electron trong vật liệu loại n, chúng sẽ có khả năng vượt qua rào cản vào vật liệu loại p và dòng điện sẽ chảy. Năng lượng bổ sung này có thể được cung cấp bằng cách đặt một điện áp dương vào vật liệu loại p. Các electron tích điện âm sau đó sẽ bị thu hút cao bởi điện áp dương trên đường giao nhau.
máy tính: Mạch tích hợp
William Shockley, một đồng xu của bóng bán dẫn, đã bắt đầu Phòng thí nghiệm bán dẫn Shockley vào năm 1955 tại quê nhà Palo Alto, California.
Một điểm nối pn dẫn điện khi năng lượng được thêm vào vật liệu n được gọi là phân cực thuận vì các electron di chuyển về phía trước vào các lỗ. Nếu điện áp được đặt theo hướng ngược lại thì một điện áp dương được nối với phía n của đường nối, không có dòng điện nào chạy qua. Các electron trong vật liệu n vẫn sẽ bị hút vào điện áp dương, nhưng giờ đây điện áp sẽ ở cùng phía của hàng rào với các electron. Ở trạng thái này, một điểm nối được cho là sai lệch. Vì các mối nối pn dẫn điện chỉ theo một hướng, chúng là một loại diode. Điốt là các khối xây dựng thiết yếu của các công tắc bán dẫn.
Transitor hiệu ứng trường
Mang một điện áp âm gần trung tâm của một dải dài của vật liệu loại n sẽ đẩy các electron gần đó trong vật liệu và do đó tạo thành các lỗ nhỏ, nghĩa là biến đổi một số dải ở giữa thành vật liệu loại p. Sự thay đổi về cực này sử dụng một điện trường mang lại cho tên của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Trong khi điện áp đang được áp dụng, sẽ tồn tại hai điểm nối pn dọc theo dải, từ n đến p và sau đó từ p trở lại n. Một trong hai điểm nối sẽ luôn bị phân cực ngược. Vì các mối nối phân cực ngược không thể tiến hành, dòng điện không thể chảy qua dải.
Hiệu ứng trường có thể được sử dụng để tạo ra một công tắc (bóng bán dẫn) để tắt và bật dòng điện, chỉ bằng cách áp dụng và loại bỏ một điện áp nhỏ gần đó để tạo hoặc phá hủy điốt phân cực ngược trong vật liệu. Một bóng bán dẫn được tạo ra bằng cách sử dụng hiệu ứng trường được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET). Vị trí đặt điện áp được gọi là cổng. Cổng được ngăn cách với dải bóng bán dẫn bằng một lớp cách điện mỏng để ngăn chặn nó làm chập mạch dòng điện tử thông qua chất bán dẫn từ điện cực đầu vào (nguồn) đến điện cực đầu ra (cống).
Tương tự, một công tắc có thể được thực hiện bằng cách đặt một điện áp cổng dương gần một dải vật liệu loại p. Một điện áp dương thu hút các electron và do đó tạo thành một vùng n trong một dải p. Điều này một lần nữa tạo ra hai mối nối pn, hoặc điốt. Như trước đây, một trong các điốt sẽ luôn bị phân cực ngược và sẽ ngăn dòng điện chạy.
FET rất tốt cho việc xây dựng các mạch logic vì chúng chỉ cần một dòng điện nhỏ trong quá trình chuyển đổi. Không có dòng điện nào được yêu cầu để giữ bóng bán dẫn ở trạng thái bật hoặc tắt; một điện áp sẽ duy trì trạng thái. Loại chuyển đổi này giúp duy trì tuổi thọ pin. Một FET được gọi là đơn cực (từ một cực phân cực) bởi vì phương pháp dẫn chính là lỗ hoặc electron, không phải cả hai.
FET chế độ nâng cao
Có hai loại FET cơ bản. Loại được mô tả trước đây là FET ở chế độ cạn kiệt, do một vùng bị cạn kiệt điện tích tự nhiên. Hiệu ứng trường cũng có thể được sử dụng để tạo ra cái được gọi là FET chế độ tăng cường bằng cách tăng cường một khu vực xuất hiện tương tự như các khu vực xung quanh.
Một FET chế độ tăng cường loại n được tạo từ hai vùng vật liệu loại n được phân tách bằng một vùng nhỏ p. Vì FET này tự nhiên chứa hai nút nối pn, hai diode, nó thường bị tắt. Tuy nhiên, khi đặt điện áp dương lên cổng, điện áp sẽ thu hút các electron và tạo ra vật liệu loại n ở khu vực giữa, lấp đầy khoảng trống là vật liệu loại p trước đây. Do đó, điện áp cổng tạo ra một vùng n liên tục trên toàn bộ dải, cho phép dòng điện chạy từ bên này sang bên kia. Điều này bật bóng bán dẫn trên. Tương tự, FET chế độ tăng cường loại p có thể được tạo từ hai vùng vật liệu loại p cách nhau bởi một vùng nhỏ n. Điện áp cổng cần thiết để bật bóng bán dẫn này là âm. Các FET chế độ nâng cao chuyển đổi nhanh hơn các FET ở chế độ cạn kiệt vì chúng chỉ yêu cầu thay đổi gần bề mặt dưới cổng, thay vì xuyên suốt vật liệu.
