Halvledere

Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor

Det er bemerkelsesverdig at den moderne elektronikken er basert på en type materiale, halvledere. Halvledere er materialer som har mellomledningsevne mellom ledere og isolatorer. Halvledermaterialer ble brukt i elektronikk allerede før oppfinnelsen av halvlederdiode og transistor i 1940-tallet, men etter at halvledere fant stor anvendelse innen elektronikkområdet. I 1958 økte oppfinnelsen av den integrerte kretsen av Jack Kilby fra Texas Instruments bruk av halvledere innen elektronikk til et uovertruffen nivå.

Selvfølgelig har halvledere sin egenskap av ledningsevne på grunn av gratis ladningsbærere. En slik halvleder, et materiale som naturlig viser halvlederegenskaper, er kjent som en inneboende halvleder. For utvikling av avanserte elektroniske komponenter ble halvledere forbedret for å utføre med større ledningsevne ved å legge til materialer eller elementer, noe som øker antallet ladeledere i halvledermaterialet. En slik halvleder er kjent som en ekstrinsisk halvleder.

Mer om Intrinsic Semiconductors

Ledningsevnen av noe materiale skyldes de elektroner som frigjøres til ledningsbåndet ved termisk omrøring. I tilfelle av inneboende halvledere er antall frigjorte elektroner relativt lavere enn i metallene, men større enn i isolatorene. Dette tillater en meget begrenset ledningsevne av strøm gjennom materialet. Når temperaturen på materialet økes, kommer flere elektroner inn i ledningsbåndet, og dermed øker ledningsevnen til halvlederen også. Det finnes to typer ladningsbærere i en halvleder, elektronene slippes ut i valensbåndet og de ledige orbitaler, mer kjent som hullene. Antall hull og elektroner i en egen halvleder er like. Både hull og elektroner bidrar til strømmen. Når en potensiell forskjell påføres, beveger elektroner seg mot det høyere potensialet og hullene beveger seg mot det lavere potensialet.

Det finnes mange materialer som fungerer som halvledere, og noen er elementer og noen er forbindelser. Silisium og Germanium er elementer med halvledende egenskaper, mens Gallium Arsenide er en forbindelse. Generelt viser elementene i gruppe IV og forbindelser fra elementene i gruppe III og V, slik som gallium-arsenid, aluminiumfosfid og galliumnitrid inneboende halvlederegenskaper.

Mer om Extrinsic Semiconductors

Ved å legge til forskjellige elementer kan halvlederegenskapene raffineres for å utføre mer strøm.Tilsetningsprosessen er kjent som doping mens materialet som er tilsatt er kjent som urenheter. Urenheter øker antallet ladere i materialet, noe som gir bedre ledningsevne. Basert på transportøren som leveres, er urenhetene klassifisert 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, gruppe III-elementer Bor, Aluminium fungerer som akseptorer, mens gruppe V-elementer Fosfor og arsen fungerer som donorer. For gruppe II-V-sammensatte halvledere fungerer Selen, Tellurium som donorer, mens Beryllium, Zink og Cadmium fungerer som akseptorer.

Hvis et antall akseptoratomer blir tilsatt som urenhet, øker antallet av hullene og materialet har overskudd av positive ladningsbærere enn tidligere. Derfor er halvleder dopet med akseptor urenhet kalt en halvleder av positiv type eller P-type. På samme måte kalles en halvleder dopet med donor urenhet, som lar materialet overstige elektroner, en negativ type eller halvleder av typen N-type.

Halvledere brukes til å produsere ulike typer dioder, transistorer og tilhørende komponenter. Lasere, fotovoltaiske celler (solceller) og fotodetektorer bruker også halvledere.

Hva er forskjellen mellom Intrinsic og Extrinsic Semiconductors?

• Halvledere som ikke er dopede, kalles inneboende halvledere, mens et halvledermateriale dopet med urenheter er kjent som en ekstrinsisk halvleder.
• Antall positive ladningsbærere (hull) og de negative ladningsbærerne er like i inneboende halvledere, mens ved å legge til urenheter, endres antallet ladningsbærere; dermed ulik i ekstrinsiske halvledere.
• Intrinsic halvledere har relativt lavere konduktivitet enn de ekstrinsiske halvledere.