Notranji proti zunanjemu polprevodniku
Izjemno je, da sodobna elektronika temelji na eni vrsti materiala, polprevodnikih. Polprevodniki so materiali, ki imajo vmesno prevodnost med prevodniki in izolatorji. Polprevodniški materiali so se v elektroniki uporabljali že pred izumom polprevodniške diode in tranzistorja v 40. letih 20. stoletja, po tem pa so polprevodniki našli široko uporabo na področju elektronike. Leta 1958 je izum integriranega vezja Jacka Kilbyja iz podjetja Texas Instruments povzdignil uporabo polprevodnikov na področju elektronike na raven brez primere.
Naravno imajo polprevodniki lastnost prevodnosti zaradi prostih nosilcev naboja. Takšen polprevodnik, material, ki naravno kaže polprevodniške lastnosti, je znan kot intrinzični polprevodnik. Za razvoj naprednih elektronskih komponent so bili polprevodniki izboljšani za večjo prevodnost z dodajanjem materialov ali elementov, ki povečujejo število nosilcev naboja v polprevodniškem materialu. Takšen polprevodnik je znan kot ekstrinzični polprevodnik.
Več o intrinzičnih polprevodnikih
Prevodnost katerega koli materiala je posledica elektronov, ki se sproščajo v prevodni pas zaradi toplotnega tresenja. Pri intrinzičnih polprevodnikih je število sproščenih elektronov relativno manjše kot pri kovinah, a večje kot pri izolatorjih. To omogoča zelo omejeno prevodnost toka skozi material. Ko se temperatura materiala poveča, vstopi v prevodni pas več elektronov, zato se poveča tudi prevodnost polprevodnika. V polprevodniku obstajata dve vrsti nosilcev naboja, elektroni, sproščeni v valenčni pas, in prazne orbitale, bolj splošno znane kot luknje. Število lukenj in elektronov v intrinzičnem polprevodniku je enako. Tako luknje kot elektroni prispevajo k toku toka. Ko se uporabi potencialna razlika, se elektroni premikajo proti višjemu potencialu, luknje pa proti nižjemu potencialu.
Obstaja veliko materialov, ki delujejo kot polprevodniki, nekateri so elementi, drugi pa spojine. Silicij in germanij sta elementa s polprevodniškimi lastnostmi, medtem ko je galijev arzenid spojina. Na splošno elementi v skupini IV in spojine iz elementov skupin III in V, kot so galijev arsenid, aluminijev fosfid in galijev nitrid, kažejo intrinzične polprevodniške lastnosti.
Več o ekstrinzičnih polprevodnikih
Z dodajanjem različnih elementov je mogoče lastnosti polprevodnikov izboljšati, da prevajajo več toka. Postopek dodajanja je znan kot dopiranje, medtem ko je dodani material znan kot nečistoče. Nečistoče povečajo število nosilcev naboja v materialu, kar omogoča boljšo prevodnost. Glede na dobavljeni nosilec so nečistoče razvrščene kot akceptorji in donorji. Donorji so materiali, ki imajo v mreži nevezane elektrone, akceptorji pa materiali, ki puščajo luknje v mreži. Pri polprevodnikih skupine IV elementi skupine III Bor, Aluminij delujejo kot akceptorji, medtem ko elementi skupine V Fosfor in arzen delujejo kot donorji. Za sestavljene polprevodnike skupine II-V delujejo selen, telur kot donorji, medtem ko berilij, cink in kadmij delujejo kot akceptorji.
Če dodamo več akceptorskih atomov kot nečistoče, se število lukenj poveča in material ima več nosilcev pozitivnega naboja kot prej. Zato se polprevodnik, dopiran z akceptorsko nečistočo, imenuje pozitivni polprevodnik ali polprevodnik tipa P. Na enak način se polprevodnik, dopiran z donorskimi nečistočami, ki pustijo v materialu presežek elektronov, imenuje negativni tip ali polprevodnik N-tipa.
Polprevodniki se uporabljajo za izdelavo različnih vrst diod, tranzistorjev in sorodnih komponent. Laserji, fotovoltaične celice (sončne celice) in fotodetektorji prav tako uporabljajo polprevodnike.
Kakšna je razlika med intrinzičnimi in ekstrinzičnimi polprevodniki?
