Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Je pozoruhodné, že moderná elektronika je založená na jednom type materiálu, a to na polovodičoch. Polovodiče sú materiály, ktoré majú strednú vodivosť medzi vodičmi a izolantmi. Polovodičové materiály sa používali v elektronike ešte pred vynálezom polovodičovej diódy a tranzistora v 40-tych rokoch minulého storočia, ale potom našli polovodiče rozsiahle uplatnenie v oblasti elektroniky. V roku 1958 vynález integrovaného obvodu Jackom Kilbym z Texas Instruments povýšil používanie polovodičov v oblasti elektroniky na bezprecedentnú úroveň.
Polovodiče majú prirodzene vlastnosť vodivosti vďaka voľným nosičom náboja. Takýto polovodič, materiál, ktorý prirodzene vykazuje polovodičové vlastnosti, je známy ako vlastný polovodič. Pre vývoj pokročilých elektronických súčiastok boli polovodiče vylepšené tak, aby dosahovali vyššiu vodivosť pridaním materiálov alebo prvkov, ktoré zvyšujú počet nosičov náboja v polovodičovom materiáli. Takýto polovodič je známy ako vonkajší polovodič.
Viac o Intrinsic Semiconductors
Vodivosť akéhokoľvek materiálu je spôsobená elektrónmi uvoľnenými do vodivého pásma tepelným miešaním. V prípade vlastných polovodičov je počet uvoľnených elektrónov relatívne nižší ako v kovoch, ale väčší ako v izolantoch. To umožňuje veľmi obmedzenú vodivosť prúdu cez materiál. Keď sa teplota materiálu zvýši, do vodivého pásma vstupuje viac elektrónov, a preto sa zvyšuje aj vodivosť polovodiča. V polovodiči sú dva typy nosičov náboja, elektróny uvoľnené do valenčného pásma a prázdne orbitály, bežnejšie známe ako diery. Počet dier a elektrónov vo vlastnom polovodiči je rovnaký. K toku prúdu prispievajú diery aj elektróny. Keď sa aplikuje potenciálny rozdiel, elektróny sa pohybujú smerom k vyššiemu potenciálu a diery sa pohybujú smerom k nižšiemu potenciálu.
Existuje veľa materiálov, ktoré fungujú ako polovodiče, a niektoré sú prvky a niektoré sú zlúčeniny. Kremík a germánium sú prvky s polovodičovými vlastnosťami, zatiaľ čo arzenid gália je zlúčenina. Vo všeobecnosti prvky v skupine IV a zlúčeniny z prvkov skupín III a V, ako je arzenid gália, fosfid hliníka a nitrid gália, vykazujú vnútorné vlastnosti polovodičov.
Viac o vonkajších polovodičoch
Pridaním rôznych prvkov môžu byť vlastnosti polovodičov vylepšené tak, aby viedli viac prúdu. Proces pridávania je známy ako doping, zatiaľ čo pridaný materiál je známy ako nečistoty. Nečistoty zvyšujú počet nosičov náboja v materiáli, čo umožňuje lepšiu vodivosť. Na základe dodaného nosiča sa nečistoty klasifikujú ako akceptory a donory. Donory sú materiály, ktoré majú v mriežke neviazané elektróny, a akceptory sú materiály, ktoré zanechávajú v mriežke diery. Pre polovodiče skupiny IV prvky skupiny III bór, hliník pôsobia ako akceptory, zatiaľ čo prvky skupiny V fosfor a arzén pôsobia ako donory. V prípade polovodičov zo zlúčenín skupiny II-V pôsobí selén, telúr ako donory, zatiaľ čo berýlium, zinok a kadmium pôsobia ako akceptory.
Ak sa ako nečistota pridá množstvo akceptorových atómov, počet otvorov sa zvýši a materiál má prebytok kladných nosičov náboja ako predtým. Preto sa polovodič dopovaný prímesou akceptora nazýva polovodič pozitívneho typu alebo polovodič typu P. Rovnakým spôsobom sa polovodič dopovaný donorovou nečistotou, ktorá zanecháva v materiáli prebytok elektrónov, nazýva záporný typ alebo polovodič typu N.
Polovodiče sa používajú na výrobu rôznych typov diód, tranzistorov a súvisiacich komponentov. Lasery, fotovoltaické články (solárne články) a fotodetektory tiež používajú polovodiče.
Aký je rozdiel medzi vnútornými a vonkajšími polovodičmi?
