Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Det är anmärkningsvärt att den moderna elektroniken är baserad på en typ av material, halvledare. Halvledare är material som har en mellanledningsförmåga mellan ledare och isolatorer. Halvledarmaterial användes i elektronik redan innan halvledardiod och transistor uppfanns på 1940-talet, men efter det fann halvledare stor tillämpning inom elektronikområdet. År 1958 höjde uppfinningen av den integrerade kretsen av Jack Kilby från Texas instruments användningen av halvledare inom elektronikområdet till en aldrig tidigare skådad nivå.
Naturligtvis har halvledare sin egenskap av konduktivitet på grund av gratis laddningsbärare. En sådan halvledare, ett material som naturligt visar halvledaregenskaper, är känt som en inneboende halvledare. För utvecklingen av avancerade elektroniska komponenter förbättrades halvledare för att prestera med större konduktivitet genom att lägga till material eller element, vilket ökar antalet laddningsbärare i halvledarmaterialet. En sådan halvledare är känd som en yttre halvledare.
Mer om Intrinsic Semiconductors
Ledningsförmågan hos vilket material som helst beror på de elektroner som frigörs till ledningsbandet genom termisk omrörning. När det gäller inre halvledare är antalet frigjorda elektroner relativt sett lägre än i metallerna, men större än i isolatorerna. Detta tillåter en mycket begränsad strömledningsförmåga genom materialet. När temperaturen på materialet höjs kommer fler elektroner in i ledningsbandet, och därmed ökar också konduktiviteten hos halvledaren. Det finns två typer av laddningsbärare i en halvledare, elektronerna som släpps ut i valensbandet och de lediga orbitalerna, mer känt som hålen. Antalet hål och elektroner i en inre halvledare är lika. Både hål och elektroner bidrar till strömflödet. När en potentialskillnad appliceras rör sig elektroner mot den högre potentialen och hålen rör sig mot den lägre potentialen.
Det finns många material som fungerar som halvledare, och vissa är element och andra är föreningar. Kisel och germanium är grundämnen med halvledande egenskaper, medan galliumarsenid är en förening. Generellt uppvisar grundämnen i grupp IV och föreningar från grundämnena i grupp III och V, såsom galliumarsenid, aluminiumfosfid och galliumnitrid, inneboende halvledaregenskaper.
Mer om Extrinsic Semiconductors
Genom att lägga till olika element kan halvledaregenskaperna förfinas för att leda mer ström. Tillsättningsprocessen är känd som dopning medan materialet som tillsätts är känt som föroreningarna. Föroreningar ökar antalet laddningsbärare i materialet, vilket möjliggör bättre ledningsförmåga. Baserat på den levererade bäraren klassificeras föroreningarna som acceptorer och donatorer. Donatorer är material som har obundna elektroner i gittret, och acceptorer är material som lämnar hål i gittret. För grupp IV-halvledare fungerar grupp III-element Bor, Aluminium som acceptorer, medan grupp V-element Fosfor och arsenik fungerar som donatorer. För grupp II-V sammansatta halvledare fungerar selen, tellur som donatorer, medan beryllium, zink och kadmium fungerar som acceptorer.
Om ett antal acceptoratomer tillsätts som förorening ökar antalet hål och materialet har överskott av positiva laddningsbärare än tidigare. Därför kallas halvledaren dopad med acceptorförorening en halvledare av positiv typ eller P-typ. På samma sätt kallas en halvledare dopad med donatorföroreningar, som lämnar materialet i överskott av elektroner, en negativ typ eller N-typ halvledare.
Halvledare används för att tillverka olika typer av dioder, transistorer och relaterade komponenter. Lasrar, fotovoltaiska celler (solceller) och fotodetektorer använder också halvledare.
Vad är skillnaden mellan inre och yttre halvledare?
