Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Je pozoruhodné, že moderní elektronika je založena na jednom typu materiálu, na polovodičích. Polovodiče jsou materiály, které mají střední vodivost mezi vodiči a izolanty. Polovodičové materiály se v elektronice používaly ještě před vynálezem polovodičové diody a tranzistoru ve 40. letech 20. století, ale poté našly polovodiče široké uplatnění v oblasti elektroniky. V roce 1958 vynález integrovaného obvodu Jackem Kilbym z Texas Instruments povýšil použití polovodičů v oblasti elektroniky na bezprecedentní úroveň.
Polovodiče mají přirozeně svou vlastnost vodivosti díky volným nosičům náboje. Takový polovodič, materiál, který přirozeně vykazuje polovodičové vlastnosti, je známý jako vlastní polovodič. Pro vývoj pokročilých elektronických součástek byly polovodiče vylepšeny tak, aby fungovaly s větší vodivostí přidáním materiálů nebo prvků, které zvyšují počet nosičů náboje v polovodičovém materiálu. Takový polovodič je známý jako vnější polovodič.
Více o Intrinsic Semiconductors
Vodivost jakéhokoli materiálu je způsobena elektrony uvolněnými do vodivostního pásu tepelným mícháním. V případě vlastních polovodičů je počet uvolněných elektronů relativně nižší než u kovů, ale větší než u izolantů. To umožňuje velmi omezenou vodivost proudu materiálem. Když se teplota materiálu zvýší, do vodivého pásma vstupuje více elektronů, a proto se také zvyšuje vodivost polovodiče. V polovodiči jsou dva typy nosičů náboje, elektrony uvolněné do valenčního pásma a prázdné orbitaly, běžněji známé jako díry. Počet děr a elektronů ve vnitřním polovodiči je stejný. Jak díry, tak elektrony přispívají k toku proudu. Když je aplikován potenciálový rozdíl, elektrony se pohybují směrem k vyššímu potenciálu a díry se pohybují směrem k nižšímu potenciálu.
Existuje mnoho materiálů, které fungují jako polovodiče, a některé jsou prvky a některé jsou sloučeniny. Křemík a germanium jsou prvky s polovodičovými vlastnostmi, zatímco arsenid galia je sloučenina. Obecně prvky ve skupině IV a sloučeniny z prvků skupin III a V, jako je arsenid galia, fosfid hliníku a nitrid galia, vykazují vnitřní vlastnosti polovodičů.
Více o Extrinsic Semiconductors
Přidáním různých prvků lze vlastnosti polovodičů vylepšit tak, aby vedly více proudu. Proces přidávání je známý jako doping, zatímco přidaný materiál je známý jako nečistoty. Nečistoty zvyšují počet nosičů náboje v materiálu, což umožňuje lepší vodivost. Na základě dodaného nosiče jsou nečistoty klasifikovány jako akceptory a donory. Donory jsou materiály, které mají v mřížce nenavázané elektrony, a akceptory jsou materiály, které zanechávají v mřížce díry. U polovodičů skupiny IV působí prvky skupiny III bór, hliník jako akceptory, zatímco prvky skupiny V fosfor a arsen působí jako donory. U sloučenin skupiny II-V polovodičů působí selen, telur jako donory, zatímco berylium, zinek a kadmium působí jako akceptory.
Pokud je jako nečistota přidáno množství akceptorových atomů, počet děr se zvýší a materiál má přebytek kladných nosičů náboje než dříve. Proto se polovodič dopovaný akceptorovou nečistotou nazývá polovodič pozitivního typu nebo polovodiče typu P. Stejným způsobem se polovodič s příměsí donorových nečistot, které zanechávají v materiálu přebytek elektronů, nazývá záporný typ nebo polovodič N-typu.
Polovodiče se používají k výrobě různých typů diod, tranzistorů a souvisejících součástek. Lasery, fotovoltaické články (solární články) a fotodetektory také používají polovodiče.
Jaký je rozdíl mezi vnitřními a vnějšími polovodiči?
