Półprzewodnik wewnętrzny a zewnętrzny
To niezwykłe, że współczesna elektronika opiera się na jednym rodzaju materiału, półprzewodnikach. Półprzewodniki to materiały, które mają pośrednią przewodność między przewodnikami a izolatorami. Materiały półprzewodnikowe były używane w elektronice jeszcze przed wynalezieniem diody półprzewodnikowej i tranzystora w latach 40-tych, ale później półprzewodniki znalazły szerokie zastosowanie w elektronice. W 1958 r. wynalezienie układu scalonego przez Jacka Kilby'ego z Texas Instruments podniosło zastosowanie półprzewodników w dziedzinie elektroniki do bezprecedensowego poziomu.
Naturalnie półprzewodniki mają swoją właściwość przewodnictwa dzięki darmowym nośnikom ładunku. Taki półprzewodnik, materiał, który naturalnie wykazuje właściwości półprzewodnikowe, jest znany jako półprzewodnik samoistny. W celu opracowania zaawansowanych komponentów elektronicznych półprzewodniki zostały ulepszone w celu uzyskania większej przewodności poprzez dodanie materiałów lub elementów, które zwiększają liczbę nośników ładunku w materiale półprzewodnikowym. Taki półprzewodnik nazywany jest półprzewodnikiem zewnętrznym.
Więcej o półprzewodnikach wewnętrznych
Przewodnictwo dowolnego materiału wynika z elektronów uwalnianych do pasma przewodnictwa w wyniku pobudzenia termicznego. W przypadku półprzewodników samoistnych liczba uwolnionych elektronów jest stosunkowo mniejsza niż w metalach, ale większa niż w izolatorach. Pozwala to na bardzo ograniczone przewodnictwo prądu przez materiał. Gdy temperatura materiału wzrasta, więcej elektronów wchodzi w pasmo przewodnictwa, a zatem wzrasta również przewodnictwo półprzewodnika. Istnieją dwa rodzaje nośników ładunku w półprzewodniku: elektrony uwolnione do pasma walencyjnego i puste orbitale, powszechnie znane jako dziury. Liczba dziur i elektronów w samoistnym półprzewodniku jest taka sama. Zarówno dziury, jak i elektrony przyczyniają się do przepływu prądu. Po przyłożeniu różnicy potencjałów elektrony przesuwają się w kierunku wyższego potencjału, a dziury w kierunku niższego potencjału.
Istnieje wiele materiałów, które działają jak półprzewodniki, a niektóre są pierwiastkami, a inne związkami. Krzem i german to pierwiastki o właściwościach półprzewodnikowych, natomiast arsenek galu jest związkiem. Generalnie pierwiastki z grupy IV oraz związki z pierwiastków z grup III i V, takie jak arsenek galu, fosforek glinu i azotek galu wykazują wewnętrzne właściwości półprzewodnikowe.
Więcej o półprzewodnikach zewnętrznych
Dodając różne elementy, można udoskonalić właściwości półprzewodników, aby przewodziły więcej prądu. Proces dodawania jest znany jako domieszkowanie, podczas gdy dodawany materiał jest znany jako zanieczyszczenia. Zanieczyszczenia zwiększają liczbę nośników ładunku w materiale, umożliwiając lepszą przewodność. Na podstawie dostarczonego nośnika zanieczyszczenia są klasyfikowane jako akceptory i donory. Donory to materiały, które mają niezwiązane elektrony w sieci, a akceptory to materiały, które pozostawiają dziury w sieci. Dla półprzewodników grupy IV pierwiastki grupy III: Bor, Aluminium działają jako akceptory, natomiast pierwiastki grupy V Fosfor i arsen działają jako donory. Dla półprzewodników złożonych z grupy II-V selen, tellur pełnią rolę donatorów, natomiast beryl, cynk i kadm pełnią rolę akceptorów.
Jeżeli jako zanieczyszczenie dodana zostanie pewna liczba atomów akceptorowych, liczba otworów wzrasta, a materiał ma nadmiar dodatnich nośników ładunku niż wcześniej. Dlatego półprzewodnik domieszkowany zanieczyszczeniem akceptorowym nazywany jest półprzewodnikiem typu dodatniego lub półprzewodnikiem typu P. W ten sam sposób półprzewodnik domieszkowany domieszką donorową, która pozostawia w materiale nadmiar elektronów, nazywany jest półprzewodnikiem typu ujemnego lub typu N.
Półprzewodniki są używane do produkcji różnego rodzaju diod, tranzystorów i powiązanych komponentów. Lasery, ogniwa fotowoltaiczne (ogniwa słoneczne) i fotodetektory również wykorzystują półprzewodniki.
Jaka jest różnica między półprzewodnikami wewnętrznymi i zewnętrznymi?
