Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Det er bemerkelsesverdig at moderne elektronikk er basert på én type materiale, halvledere. Halvledere er materialer som har en mellomledningsevne mellom ledere og isolatorer. Halvledermaterialer ble brukt i elektronikk selv før oppfinnelsen av halvlederdioder og transistorer på 1940-tallet, men etter det fant halvledere stor anvendelse innen elektronikk. I 1958 løftet oppfinnelsen av den integrerte kretsen av Jack Kilby fra Texas instrumenter bruken av halvledere innen elektronikk til et enestående nivå.
Naturligvis har halvledere sin egenskap av ledningsevne på grunn av gratis ladebærere. En slik halvleder, et materiale som naturlig viser halvlederegenskaper, er kjent som en iboende halvleder. For utviklingen av avanserte elektroniske komponenter ble halvledere forbedret for å yte med større ledningsevne ved å legge til materialer eller elementer, som øker antallet ladningsbærere i halvledermaterialet. En slik halvleder er kjent som en ekstrinsisk halvleder.
Mer om Intrinsic Semiconductors
Konduktiviteten til ethvert materiale skyldes elektronene som frigjøres til ledningsbåndet ved termisk omrøring. Når det gjelder intrinsiske halvledere, er antallet elektroner som frigjøres relativt lavere enn i metallene, men større enn i isolatorene. Dette tillater en svært begrenset strømledningsevne gjennom materialet. Når temperaturen på materialet økes, kommer flere elektroner inn i ledningsbåndet, og dermed øker også ledningsevnen til halvlederen. Det er to typer ladningsbærere i en halvleder, elektronene som slippes ut i valensbåndet og de ledige orbitalene, mer kjent som hullene. Antall hull og elektroner i en iboende halvleder er like. Både hull og elektroner bidrar til strømmen. Når en potensialforskjell påføres, beveger elektronene seg mot det høyere potensialet og hullene beveger seg mot det lavere potensialet.
Det er mange materialer som fungerer som halvledere, og noen er grunnstoffer og noen er sammensetninger. Silisium og germanium er grunnstoffer med halvledende egenskaper, mens galliumarsenid er en forbindelse. Generelt viser elementer i gruppe IV og forbindelser fra elementene i gruppe III og V, slik som galliumarsenid, aluminiumfosfid og galliumnitrid, iboende halvlederegenskaper.
Mer om Extrinsic Semiconductors
Ved å legge til forskjellige elementer, kan halvlederegenskapene foredles til å lede mer strøm. Tilsetningsprosessen er kjent som doping, mens materialet som tilsettes er kjent som urenheter. Urenheter øker antallet ladningsbærere i materialet, noe som gir bedre ledningsevne. Basert på den leverte bæreren klassifiseres urenhetene som akseptorer og donorer. Donorer er materialer som har ubundne elektroner i gitteret, og akseptorer er materialer som etterlater hull i gitteret. For gruppe IV-halvledere fungerer gruppe III-elementer Bor, Aluminium som akseptorer, mens gruppe V-elementer Fosfor og arsen fungerer som donorer. For gruppe II-V sammensatte halvledere fungerer selen, tellur som givere, mens beryllium, sink og kadmium fungerer som akseptorer.
Hvis et antall akseptoratomer tilsettes som urenhet, øker antallet hull og materialet har overskudd av positive ladningsbærere enn tidligere. Derfor kalles halvlederen dopet med akseptorurenhet en positiv-type eller P-type halvleder. På samme måte kalles en halvleder dopet med donorurenhet, som etterlater materialet i overkant av elektroner, en negativ type eller N-type halvleder.
Halvledere brukes til å produsere forskjellige typer dioder, transistorer og relaterte komponenter. Lasere, fotovoltaiske celler (solceller) og fotodetektorer bruker også halvledere.
Hva er forskjellen mellom indre og ekstrinsiske halvledere?
