Quand on pense aux appareils électroniques, on pense souvent à la rapidité de fonctionnement de ces appareils ou à la durée de fonctionnement de l'appareil avant de recharger la batterie. Ce à quoi la plupart des gens ne pensent pas, c'est de quoi sont faits les composants de leurs appareils électroniques. Bien que chaque appareil diffère dans sa construction, ces dispositifs ont tous un point commun: les circuits électroniques avec des composants contenant les éléments chimiques silicium et germanium.
TL; DR (trop long; pas lu)
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Le silicium et le germanium sont deux éléments chimiques appelés métalloïdes. Le silicium et le germanium peuvent être combinés avec d'autres éléments appelés dopants pour créer des dispositifs électroniques à semi-conducteurs, tels que des diodes, des transistors et des cellules photoélectriques. La principale différence entre les diodes au silicium et au germanium est la tension nécessaire pour que la diode s'allume (ou devienne "polarisée en avant"). Les diodes au silicium nécessitent 0,7 volts pour être polarisées en direct, tandis que les diodes au germanium ne nécessitent que 0,3 volts pour être polarisées en direct.
Comment amener les métalloïdes à conduire des courants électriques
Le germanium et le silicium sont des éléments chimiques appelé métalloïdes. Les deux éléments sont cassants et ont un lustre métallique. Chacun de ces éléments a une enveloppe électronique externe qui contient quatre électrons; cette propriété du silicium et du germanium fait qu'il est difficile pour l'un ou l'autre élément dans sa forme la plus pure d'être un bon conducteur électrique. Une façon de faire circuler librement un courant électrique par un métalloïde est de le chauffer. En ajoutant de la chaleur, les électrons libres d'un métalloïde se déplacent plus vite et circulent plus librement, ce qui permet au courant électrique appliqué de circuler si la différence de tension à travers le métalloïde est suffisante pour sauter dans la bande de conduction. et Germanium
Une autre façon de changer les propriétés électriques du germanium et du silicium est d'introduire des éléments chimiques appelés dopants. Des éléments tels que le bore, le phosphore ou l'arsenic peuvent être trouvés sur le tableau périodique à côté du silicium et du germanium. Lorsque des dopants sont introduits dans un métalloïde, le dopant fournit un électron supplémentaire à la couche d'électrons externe du métalloïde ou prive le métalloïde de l'un de ses électrons. Dans l'exemple pratique d'une diode, une pièce de le silicium est dopé avec deux dopants différents, tels que le bore d'un côté et l'arsenic de l'autre. Le point où le côté dopé au bore rencontre le côté dopé à l'arsenic est appelé une jonction P-N. Pour une diode au silicium, le côté dopé au bore est appelé "silicium de type P" car l'introduction du bore prive le silicium d'un électron ou introduit un "trou" électronique. De l'autre côté, le silicium dopé à l'arsenic est appelé "N". «type silicium» car il ajoute un électron, ce qui facilite le passage du courant électrique lorsque la tension est appliquée à la diode.
Puisqu'une diode agit comme une valve unidirectionnelle pour l'écoulement du courant électrique, il doit y avoir un différentiel de tension appliqué aux deux moitiés de la diode, et il doit être appliqué dans les bonnes régions. En pratique, cela signifie que le pôle positif d'une source d'énergie doit être appliqué au fil allant au matériau de type P, tandis que le pôle négatif doit être appliqué au matériau de type N pour que la diode conduise l'électricité. Lorsque la puissance est appliquée correctement à une diode et que la diode est conductrice de courant électrique, la diode est dite polarisée en direct. Lorsque les pôles négatif et positif d'une source d'énergie sont appliqués aux matériaux de polarité opposée d'une diode - pôle positif à matériau de type N et pôle négatif à matériau de type P - une diode ne conduit pas de courant électrique, une condition connue sous le nom polarisation inverse.
La différence entre le germanium et le silicium
La principale différence entre les diodes au germanium et au silicium est la tension à laquelle le courant électrique commence à circuler librement à travers la diode. Une diode de germanium commence généralement à conduire le courant électrique lorsque la tension appliquée correctement à travers la diode atteint 0,3 volts. Les diodes en silicium nécessitent plus de tension pour conduire le courant; il faut 0,7 volts pour créer une situation de polarisation directe dans une diode au silicium.
