Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Det er bemærkelsesværdigt, at den moderne elektronik er baseret på én type materiale, halvledere. Halvledere er materialer, der har en mellemledningsevne mellem ledere og isolatorer. Halvledermaterialer blev brugt i elektronik selv før opfindelsen af halvlederdioder og transistorer i 1940'erne, men efter det fandt halvledere stor anvendelse inden for elektronik. I 1958 hævede opfindelsen af det integrerede kredsløb af Jack Kilby fra Texas instrumenter brugen af halvledere inden for elektronik til et hidtil uset niveau.
Halvledere har naturligvis deres egenskab af ledningsevne på grund af gratis ladningsbærere. En sådan halvleder, et materiale, som naturligt viser halvlederegenskaber, er kendt som en iboende halvleder. Til udviklingen af avancerede elektroniske komponenter blev halvledere forbedret til at yde med større ledningsevne ved at tilføje materialer eller elementer, som øger antallet af ladningsbærere i halvledermaterialet. En sådan halvleder er kendt som en ydre halvleder.
Mere om Intrinsic Semiconductors
Konduktivitet af ethvert materiale skyldes de elektroner, der frigives til ledningsbåndet ved termisk omrøring. I tilfælde af intrinsiske halvledere er antallet af frigivne elektroner relativt lavere end i metallerne, men større end i isolatorerne. Dette tillader en meget begrænset strømledningsevne gennem materialet. Når materialets temperatur øges, kommer flere elektroner ind i ledningsbåndet, og derfor øges også halvlederens ledningsevne. Der er to typer ladningsbærere i en halvleder, elektronerne frigivet til valensbåndet og de ledige orbitaler, mere almindeligt kendt som hullerne. Antallet af huller og elektroner i en iboende halvleder er ens. Både huller og elektroner bidrager til strømmen. Når en potentialforskel påføres, bevæger elektroner sig mod det højere potentiale, og huller bevæger sig mod det lavere potentiale.
Der er mange materialer, der fungerer som halvledere, og nogle er grundstoffer og nogle er forbindelser. Silicium og germanium er grundstoffer med halvledende egenskaber, mens galliumarsenid er en forbindelse. Generelt viser grundstoffer i gruppe IV og forbindelser fra grundstofferne i gruppe III og V, såsom galliumarsenid, aluminiumphosphid og galliumnitrid, iboende halvlederegenskaber.
Mere om Extrinsic Semiconductors
Ved at tilføje forskellige elementer kan halvlederegenskaberne forfines til at lede mere strøm. Tilsætningsprocessen er kendt som doping, mens det tilsatte materiale er kendt som urenhederne. Urenheder øger antallet af ladningsbærere i materialet, hvilket giver bedre ledningsevne. Baseret på den leverede bærer klassificeres urenhederne som acceptorer og donorer. Donorer er materialer, der har ubundne elektroner i gitteret, og acceptorer er materialer, der efterlader huller i gitteret. For gruppe IV-halvledere fungerer gruppe III-elementer Bor, Aluminium som acceptorer, mens gruppe V-elementer Fosfor og arsen fungerer som donorer. For gruppe II-V sammensatte halvledere fungerer selen, tellur som donorer, mens beryllium, zink og cadmium fungerer som acceptorer.
Hvis et antal acceptoratomer tilføjes som urenhed, øges antallet af huller, og materialet har overskud af positive ladningsbærere end tidligere. Derfor kaldes halvlederen doteret med acceptorurenhed en positiv-type eller P-type halvleder. På samme måde kaldes en halvleder doteret med donorurenhed, som efterlader materialet i overskud af elektroner, en negativ type eller N-type halvleder.
Halvledere bruges til at fremstille forskellige typer dioder, transistorer og relaterede komponenter. Lasere, fotovoltaiske celler (solceller) og fotodetektorer bruger også halvledere.
Hvad er forskellen mellem indre og ydre halvledere?
