Półprzewodniki wewnętrzne i zewnętrzne
Godne uwagi jest to, że współczesna elektronika oparta jest na jednym rodzaju materiału - półprzewodnikach. Półprzewodniki to materiały, które mają pośrednią przewodność między przewodnikami i izolatorami. Materiały półprzewodnikowe były wykorzystywane w elektronice jeszcze przed wynalezieniem diody półprzewodnikowej i tranzystora w latach czterdziestych XX wieku, ale potem półprzewodniki znalazły szerokie zastosowanie w dziedzinie elektroniki. W 1958 roku wynalezienie układu scalonego przez Jacka Kilby'ego z Teksasu podniosło zastosowanie półprzewodników w dziedzinie elektroniki na bezprecedensowy poziom.
Naturalnie półprzewodniki mają swoją właściwość przewodnictwa dzięki bezpłatnym nośnikom ładunku. Taki półprzewodnik, materiał, który w naturalny sposób wykazuje właściwości półprzewodnikowe, jest znany jako wewnętrzny półprzewodnik. W celu opracowania zaawansowanych elementów elektronicznych ulepszono półprzewodniki tak, aby miały większą przewodność, dodając materiały lub elementy, które zwiększają liczbę nośników ładunku w materiale półprzewodnikowym. Taki półprzewodnik jest znany jako zewnętrzny półprzewodnik.
Więcej informacji na temat półprzewodników wewnętrznych
Przewodnictwo dowolnego materiału jest spowodowane elektronami uwolnionymi do pasma przewodnictwa w wyniku mieszania termicznego. W przypadku półprzewodników samoistnych liczba uwalnianych elektronów jest relatywnie 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 do pasma przewodnictwa, a tym samym przewodnictwo półprzewodnika również wzrasta. Istnieją dwa typy nośników ładunku w półprzewodniku, elektrony uwolnione w paśmie walencyjnym i wolne orbitale, bardziej znane jako dziury. Liczba dziur i elektronów w wewnętrznym półprzewodniku jest równa. Zarówno dziury, jak i elektrony przyczyniają się do przepływu prądu. Kiedy zastosowana zostanie różnica potencjałów, elektrony poruszają się w kierunku wyższego potencjału, a dziury w kierunku niższego potencjału.
Istnieje wiele materiałów, które działają jak półprzewodniki, a niektóre to pierwiastki, a niektóre to związki. Krzem i german to pierwiastki o właściwościach półprzewodnikowych, podczas gdy arsenek galu jest związkiem. Na ogół 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 zewnętrznych półprzewodnikach
Dodając różne elementy, można udoskonalić właściwości półprzewodników, aby przewodziły więcej prądu. Proces dodawania nazywany jest domieszkowaniem, natomiast dodawany materiał nazywany jest zanieczyszczeniami. Zanieczyszczenia zwiększają liczbę nośników ładunku w materiale, umożliwiając lepszą przewodność. Na podstawie dostarczonego nośnika zanieczyszczenia klasyfikuje się jako akceptory i donory. Donory to materiały, które mają niezwiązane elektrony w sieci, a akceptory to materiały, które pozostawiają dziury w sieci. W przypadku półprzewodników z grupy IV, pierwiastki z grupy III, bor, aluminium działają jako akceptory, podczas gdy pierwiastki z grupy V - fosfor i arsen - donorami. W przypadku półprzewodników z grupy II-V, selen i tellur działają jako donory, a beryl, cynk i kadm jako akceptory.
Jeśli jako zanieczyszczenie doda się pewną liczbę atomów akceptora, zwiększa się liczba otworów i materiał ma nadmiar nośników ładunku dodatniego niż dotychczas. Dlatego półprzewodnik z domieszką akceptora nazywany jest półprzewodnikiem typu dodatniego lub typu P. W ten sam sposób półprzewodnik domieszkowany domieszką donora, który pozostawia materiał w nadmiarze elektronów, nazywany jest półprzewodnikiem typu ujemnego lub typu N.
Półprzewodniki są używane do produkcji różnych typów diod, tranzystorów i powiązanych elementów. Lasery, ogniwa fotowoltaiczne (ogniwa słoneczne) i fotodetektory również wykorzystują półprzewodniki.
Jaka jest różnica między wewnętrznymi a zewnętrznymi półprzewodnikami?
