Notranji vs zunanji polprevodnik
Izjemno je, da sodobna elektronika temelji na eni vrsti materiala, polprevodnikih. Polprevodniki so materiali, ki imajo vmesno prevodnost med vodniki in izolatorji. Polprevodniški materiali so bili v elektroniki uporabljeni še pred izumom polprevodniške diode in tranzistorja v 40-ih letih, potem pa so polprevodniki našli široko uporabo na področju elektronike. Leta 1958 je izum integriranega vezja Jack Kilby iz teksaških instrumentov povzdignil uporabo polprevodnikov na področju elektronike na raven brez primere.
Seveda imajo polprevodniki lastnost prevodnosti zaradi prostih nosilcev naboja. Tak polprevodnik, material, ki naravno kaže polprevodniške lastnosti, je znan kot notranji polprevodnik. Za razvoj naprednih elektronskih komponent so bili polprevodniki izboljšani, da delujejo z večjo prevodnostjo z dodajanjem materialov ali elementov, ki povečajo število nosilcev naboja v polprevodniškem materialu. Tak polprevodnik je znan kot zunanji polprevodnik.
Več o lastnih polprevodnikih
Prevodnost katerega koli materiala je posledica elektronov, ki se sprostijo v prevodnem pasu s termičnim mešanjem. Pri lastnih polprevodnikih je število sproščenih elektronov razmeroma manjše kot v kovinah, vendar večje kot v izolatorjih. To omogoča zelo omejeno prevodnost toka skozi material. Ko se temperatura materiala poveča, v prevodni pas vstopi več elektronov in s tem se poveča tudi prevodnost polprevodnika. V polprevodniku obstajata dve vrsti nosilcev naboja, elektroni, ki se sprostijo v valentni pas, in prazne orbitale, bolj znane kot luknje. Število lukenj in elektronov v notranjem polprevodniku je enako. Tako luknje kot elektroni prispevajo k toku toka. Ko uporabimo potencialno razliko, se elektroni premaknejo proti višjemu, luknje pa proti spodnjemu potencialu.
Obstaja veliko materialov, ki delujejo kot polprevodniki, nekateri pa 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 arzenid, aluminijev fosfid in galijev nitrid, kažejo notranje lastnosti polprevodnikov.
Več o zunanjih polprevodnikih
Z dodajanjem različnih elementov lahko lastnosti polprevodnika izboljšamo, da prevajajo več toka. Postopek dodajanja je znan kot doping, medtem ko je dodan material znan kot nečistoče. Nečistoče povečajo število nosilcev naboja v materialu, kar omogoča boljšo prevodnost. Glede na dobavljeni nosilec so nečistoče razvrščene kot sprejemniki in dajalci. Dajalci so materiali, ki imajo v rešetki nevezane elektrone, sprejemniki pa materiali, ki puščajo luknje v rešetki. Pri polprevodnikih skupine IV elementi III bor, aluminij delujejo kot akceptorji, elementi skupine V pa fosfor in arzen kot dajalci. Pri sestavljenih polprevodnikih skupine II-V delujejo kot darovalci selenij, telur, kot akceptorji pa berilij, cink in kadmij.
Če kot nečistoto dodamo več sprejemnih atomov, se število lukenj poveča in material ima presežek pozitivnih nosilcev naboja kot prej. Zato se polprevodnik, dopiran s sprejemno nečistočo, imenuje polprevodnik pozitivnega ali P-tipa. Na enak način se polprevodnik, dopiran z donorsko nečistočo, ki pušča material v presežku elektronov, imenuje polprevodnik negativnega tipa ali N-tipa.
Polprevodniki se uporabljajo za izdelavo različnih vrst diod, tranzistorjev in sorodnih komponent. Tudi laserji, fotonapetostne celice (sončne celice) in foto detektorji uporabljajo polprevodnike.
Kakšna je razlika med lastnimi in zunanjimi polprevodniki?
