Belső vs külső félvezető
Figyelemre méltó, hogy a modern elektronika egyfajta anyagra, a félvezetőkre épül. A félvezetők olyan anyagok, amelyek közbenső vezetőképességgel rendelkeznek a vezetők és a szigetelők között. A félvezető anyagokat már az 1940-es években a félvezető dióda és a tranzisztor feltalálása előtt használták az elektronikában, de ezt követően a félvezetők hatalmas alkalmazást találtak az elektronika területén. 1958-ban a texasi műszerész Jack Kilby által az integrált áramkör feltalálása soha nem látott szintre emelte a félvezetők használatát az elektronika területén.
Természetesen a félvezetők vezetőképességük az ingyenes töltéshordozóknak köszönhető. Egy ilyen félvezető, egy anyag, amely természetesen mutatja a félvezető tulajdonságait, belső félvezetőként ismert. A fejlett elektronikus alkatrészek kifejlesztése érdekében a félvezetőket úgy fejlesztették, hogy nagyobb vezetőképességgel teljesítsenek, olyan anyagok vagy elemek hozzáadásával, amelyek növelik a félvezető anyag töltéshordozóinak számát. Egy ilyen félvezetőt külső félvezetőnek nevezünk.
További információ a belső félvezetőkről
Bármely anyag vezetőképessége annak köszönhető, hogy az elektronok a termikus keverés által a vezetősávba jutnak. Belső félvezetők esetében a felszabaduló elektronok száma viszonylag alacsonyabb, mint a fémekben, de nagyobb, mint a szigetelőkben. Ez lehetővé teszi az anyagon keresztüli áram nagyon korlátozott vezetőképességét. Ha az anyag hőmérséklete megnő, több elektron lép be a vezetősávba, és ezáltal a félvezető vezetőképessége is nő. A félvezetőben kétféle töltéshordozó létezik: a vegyértéksávba felszabaduló elektronok és a megüresedett pályák, közismertebb nevén lyukak. A belső félvezető furatainak és elektronjainak száma megegyezik. A lyukak és az elektronok is hozzájárulnak az áram áramlásához. Potenciálkülönbség alkalmazásakor az elektronok a nagyobb potenciál felé, a furatok pedig az alacsonyabb potenciál felé mozognak.
Sok olyan anyag van, amely félvezetőként működik, és egyesek elemek, mások pedig vegyületek. A szilícium és a germánium félvezető tulajdonságokkal bír, míg a gallium-arzenid vegyület. Általában a IV. Csoport elemei, valamint a III. És az V. csoport elemeiből származó vegyületek, például a gallium-arzenid, az alumínium-foszfid és a gallium-nitrid belső félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.
További információ a külső félvezetőkről
Különböző elemek hozzáadásával a félvezető tulajdonságai finomíthatók, hogy nagyobb áramot vezessenek. A hozzáadási eljárást doppingnak, míg a hozzáadott anyagot szennyeződésnek nevezik. A szennyeződések növelik az anyagon belüli töltéshordozók számát, lehetővé téve a jobb vezetőképességet. A szállított hordozó alapján a szennyeződéseket akceptoroknak és donoroknak minősítik. A donorok olyan anyagok, amelyeknek megkötetlen elektronjai vannak a rácson belül, és az akceptorok olyan anyagok, amelyek lyukakat hagynak a rácsban. A IV. Csoportba tartozó félvezetők esetében a III. Csoportba tartozó elemek a bór, az alumínium fogadják el az akceptort, míg az V. csoport a foszfor és az arzén adományozóként működnek. A II-V csoportba tartozó összetett félvezetők esetében a szelén, a Tellurium működik donorként, míg a berillium, a cink és a kadmium akceptorként működik.
Ha szennyeződésként számos akceptoratomot adunk hozzá, akkor a furatok száma megnő, és az anyagban a pozitív töltéshordozók meghaladják a korábbiakét. Ezért az akceptor szennyeződésekkel adalékolt félvezetőt pozitív vagy P típusú félvezetőnek nevezzük. Ugyanígy egy donor szennyeződéssel adalékolt félvezetőt, amely az anyagot meghaladja az elektronokat, negatív vagy N típusú félvezetőnek nevezzük.
A félvezetőket különböző típusú diódák, tranzisztorok és kapcsolódó alkatrészek gyártására használják. A lézerek, a fotovoltaikus cellák (napelemek) és a fotodetektorok szintén félvezetőket használnak.
Mi a különbség a belső és a külső félvezetők között?
