Instructieprogramma Behoort bij OPEN LEERTAAK OT 1.3.1 Friesland College opleiding MKO-E HALFGELEIDERS Instructieprogramma Behoort bij OPEN LEERTAAK OT 1.3.1 Klik op deze toets

Inleiding Dit is waarschijnlijk het eerste instructieprogramma dat je maakt. Instructieprogramma’s vormen meestal een onderdeel van een open leertaak. In een instructie programma worden vaak onderdelen van de leerstof uitgelegd aan de hand van plaatjes, teksten, geluiden en video’s. Wat je in open leertaken leert wordt vaak getoetst tijdens een theorietoets in de toetsweek. In deze taak leer je over geleiders, isolatoren en halfgeleiders. In toets VL-1 wordt dit getest. Door op de pijltoets naar rechts te klikken kom je in het startmenu. Onderaan elke pagina vind je deze buttons. Als je niet weet hoe ze werken, klik dan nu op de button met het de i

INFO: De werking van de buttons Ga naar de volgende bladzijde Ga naar de vorige bladzijde Ga naar het startmenu aan het begin dit programma Door hierop te klikken kan je extra informatie over het onderwerp krijgen. Vaak zijn dit voorbeelden. In een extra informatie scherm vind je deze button om weer terug te keren naar de instructiebladzijde. Gebruik deze nu.

Startmenu Zuiver halfgeleidermateriaal 1 Zuiver halfgeleidermateriaal 2 Verontreinigd halfgeleidermateriaal 3 Toepassingen van halfgeleiders STOP Stoppen met het programma Begin bij punt 1. Als je het programma niet in één keer kunt afmaken, onthoud dan waar je bent gebleven

Zuiver halfgeleidermateriaal Diodes, transistoren en IC’s (integrated circuits) worden gemaakt van halfgeleiders. De meest bekende halfgeleider is Silicium.

Zuiver halfgeleidermateriaal Silicium wordt gemaakt van gewoon zand

Zuiver halfgeleidermateriaal siliciumatoom kern Zoals we weten bestaan alle materialen uit atomen. Een atoom bestaat uit een kern en elektronen. Halfgeleiders bezitten elektronen waarvan er 4 per atoom niet erg vast zitten aan de kern: ze zitten in de valentieband. We noemen dit een 4 waardig atoom.

Zuiver halfgeleidermateriaal kern kern Brengen we een gelijk atoom in de buurt dan gaat deze een elektron uitruilen met het atoom. Kijk goed naar de figuur.

Zuiver halfgeleidermateriaal kern kern kern Brengen we nog een atoom in de buurt dan gaat ook deze een elektron uitruilen met het atoom.

Zuiver halfgeleidermateriaal kern kern kern atoom atoom atoom Het plaatje wordt nu al aardig ingewikkeld. Daarom stellen we dit schematisch voor. De beide figuren stellen dus hetzelfde voor.

Zuiver halfgeleidermateriaal kern kern kern atoom atoom atoom Kijk goed: Het middelste atoom heeft nog 2 elektronen over. Het kan nog twee atomen zoeken om elektronen mee uit te wisselen.

Zuiver halfgeleidermateriaal atoom atoom atoom atoom atoom Kijk goed: Het middelste atoom heeft nog 2 elektronen over. Het kan nog twee atomen zoeken om elektronen mee uit te wisselen.

Zuiver halfgeleidermateriaal atoom atoom atoom atoom atoom De elektronen van het middelste atoom zijn allemaal gebonden aan een naburig atoom en komen daardoor erg vast te zitten.

Zuiver halfgeleidermateriaal atoom atoom atoom atoom atoom atoom atoom atoom atoom Alle atomen halen deze truc uit met 4 buren. Zo ontstaat de structuur die we ook bij diamant tegenkomen.

Zuiver halfgeleidermateriaal atoom atoom atoom VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? atoom atoom atoom atoom atoom atoom ANTWOORD

Zuiver halfgeleidermateriaal atoom atoom atoom VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? atoom atoom atoom ANTWOORD: Door de hechte structuur zijn er geen vrije elektronen Er kan dus geen stroom gaan lopen atoom atoom atoom

Zuiver halfgeleidermateriaal Zuiver halfgeleidermateriaal is een zeer slechte geleider atoom atoom atoom atoom atoom atoom

Zuiver halfgeleidermateriaal We noemen zuiver halfgeleidermateriaal ook wel INTRINSIEK materiaal atoom atoom atoom atoom atoom atoom

Zuiver halfgeleidermateriaal Dit is het laatste scherm van het onderdeel 1 Zuiver halfgeleidermateriaal. Door op verder te klikken kom je in onderdeel 2 Verontreinigd halfgeleidermateriaal. Je kunt nu ook stoppen via de menutoets. Onthoud dan waar je bent gebleven.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom We hebben gezien dat er een halfgeleider, bijvoorbeeld silicium, een ideale structuur ontstaat tussen de atomen. Elk atoom ruilt 1 elektron uit met 4 buren. De stof heet INTRINSIEK en is een isolator.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 5 waardig atoom. Een atoom dat 5 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld fosfor).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 5 waardig atoom. Een atoom dat 5 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld fosfor).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom fosfor atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 5 waardig atoom. Een atoom dat 5 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld fosfor).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Elektron over Si atoom fosfor atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Er is nu een elektron over in de structuur. Dit elektron is te vergelijken met een vrij elektron in een metaal.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? Si atoom Si atoom Si atoom Elektron over Si atoom fosfor atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom ANTWOORD

Verontreinigd halfgeleidermateriaal VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? Si atoom Si atoom Si atoom Elektron over Si atoom fosfor atoom Si atoom ANTWOORD: Door de verontreiniging ontstaan er vrije elektronen. Deze maken geleiding mogelijk. De stof is een geleider geworden De weerstand hangt af van de hoeveelheid fosforatomen. Si atoom Si atoom Si atoom

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom N-Silicium Si atoom fosfor atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Even een paar termen: De 5 waardige stof (fosfor) noemen we een donoratoom Het materiaal wat nu ontstaat heet N-Silicium. Dit materiaal hebben we nodig voor de fabricage van transistors en Chips.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Naast N materiaal kennen we ook nog P materiaal We gaan eerst weer terug naar het zuivere of INTRINSIEKE silicium.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 3 waardig atoom: Een atoom dat 3 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld Borium).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 3 waardig atoom: Een atoom dat 3 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld Borium).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Nu gaan we een van de atomen vervangen door een 3 waardig atoom: Een atoom dat 3 elektronen in de valentieband beschikbaar heeft voor uitwisseling (bijvoorbeeld Borium).

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Elektron tekort = gat Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Er is nu een elektron tekort in de structuur. We noemen dit een gat.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Een elektron dat toevallig voorbij komt kan in het gat duiken.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Een elektron dat toevallig voorbij komt kan in het gat duiken.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Om even later door te reizen naar een ander atoom

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Om even later door te reizen naar een ander atoom

Verontreinigd halfgeleidermateriaal VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom ANTWOORD

Verontreinigd halfgeleidermateriaal VRAAG: Is deze stof een geleider of een isolator? Si atoom Si atoom Si atoom ANTWOORD: Door de verontreiniging ontstaan er gaten. Door deze gaten kunnen elektronen zich verplaatsen De stof is een geleider geworden De weerstand hangt af van de hoeveelheid bariumatomen. Si atoom borium atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Si atoom Si atoom Si atoom P-Silicium Si atoom fosfor atoom Si atoom Si atoom Si atoom Si atoom Even een paar termen: De 3 waardige stof (fosfor) noemen we een acceptor atoom Het materiaal wat nu ontstaat heet P-Silicium. Dit materiaal hebben we naast N materiaal ook nodig voor de fabricage van transistors en Chips.

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Veel verontreinigingsatomen Weinig verontreinigingsatomen Lage weerstand grote stroom Hoge weerstand kleine stroom De weerstand is afhankelijk van de mate van verontreiniging

Verontreinigd halfgeleidermateriaal Dit is het laatste scherm van het onderdeel 2 Verontreinigd halfgeleidermateriaal. Door op verder te klikken kom je in onderdeel 3 Toepassingen. Je kunt nu ook stoppen via de menutoets. Onthoud dan waar je bent gebleven.

Toepassingen Bijna alle elektronische apparatuur is opgebouwd uit halfgeleiders zoals transistoren, dioden en Integrated circuits (chips). Al deze onderdelen werken door een verschijnsel dat optreedt als je een stukje P-materiaal in contact brengt met een stukje N-materiaal

Toepassingen Bijna alle elektronische apparatuur is opgebouwd uit halfgeleiders zoals transistoren, dioden en Integrated circuits (chips). Al deze onderdelen werken door een verschijnsel dat optreedt als je een stukje P-materiaal in contact brengt met een stukje N-materiaal P N

Toepassingen Er ontstaat dan een zogenaamde PN overgang of diodeovergang. De meest eenvoudige elektronische component is de diode Schemasymbool Werkelijke vorm 1N4004 P N Opbouw silicium

Toepassingen Door een diode wil maar in een richting stroom lopen _ _ + + Er loopt geen stroom Er loopt stroom

Toepassingen Nemen we 3 delen verontreinigd halfgeleidermateriaal dan kunnen we een transistor maken N P N

Toepassingen Nemen we 3 delen verontreinigd halfgeleidermateriaal dan kunnen we een transistor maken De werking hiervan leren we in projectperiode 3 N P N Silicium

Toepassingen Bijna alle elektronische apparatuur wordt met transistoren en diodes gemaakt.

Toepassingen Bijna alle elektronische apparatuur wordt met transistoren en diodes gemaakt. Van de kleinste walkman…..

Toepassingen Bijna alle elektronische apparatuur wordt met transistoren en diodes gemaakt. Van de kleinste walkman….. ...tot de snelste PentiumII processor

Toepassingen Bezoek ook eens http://www.chips.ibm.com Waar je de fabricage van chips en halfgeleiders kunt bekijken Klik hier

Toepassingen Dit zijn miljoenen transistoren

Toepassingen Van heel dichtbij

Toepassingen Dit is het laatste scherm van het onderdeel 3 Verontreinigd halfgeleidermateriaal en tevens het laatste scherm van deze instructie. Klik op de menutoets