Vnútorný vs Vonkajší polovodič
Je pozoruhodné, že moderná elektronika je založená na jednom druhu materiálu, polovodičoch. Polovodiče sú materiály, ktoré majú strednú vodivosť medzi vodičmi a izolátormi. Polovodičové materiály sa v elektronike používali ešte pred vynálezom polovodičových diód a tranzistorov v 40. rokoch, potom si však polovodiče našli široké uplatnenie v oblasti elektroniky. V roku 1958 vynález integrovaného obvodu od Jacka Kilbyho z texaských prístrojov pozdvihol použitie polovodičov v oblasti elektroniky na bezprecedentnú úroveň.
Prirodzene polovodiče majú svoju vlastnosť vodivosti vďaka nosičom bezplatných nábojov. Takýto polovodič, materiál, ktorý prirodzene vykazuje polovodičové vlastnosti, je známy ako vnútorný polovodič. Pri vývoji pokrokových elektronických súčiastok sa vylepšili polovodiče, ktoré fungujú s vyššou vodivosťou pridaním materiálov alebo prvkov, ktoré zvyšujú počet nosičov náboja v polovodičovom materiáli. Takýto polovodič je známy ako vonkajší polovodič.
Viac informácií o vnútorných polovodičoch
Vodivosť ľubovoľného materiálu je spôsobená elektrónmi uvoľnenými do vodivého pásma tepelným miešaním. V prípade vnútorných polovodičov je počet uvoľnených elektrónov relatívne nižší ako v kovoch, ale väčší ako v izolátoroch. To umožňuje veľmi obmedzenú vodivosť prúdu cez materiál. Keď sa zvýši teplota materiálu, viac elektrónov vstupuje do vodivého pásma, a teda sa zvyšuje aj vodivosť polovodiča. V polovodiči existujú dva typy nosičov náboja, elektróny uvoľnené do valenčného pásma a neobsadené orbitaly, známejšie ako diery. Počet otvorov a elektrónov vo vnútornom polovodiči je rovnaký. Diery aj elektróny prispievajú k prúdeniu prúdu. Keď sa použije potenciálny rozdiel, elektróny sa pohybujú smerom k vyššiemu potenciálu a otvory smerom k nižšiemu potenciálu.
Existuje veľa materiálov, ktoré fungujú ako polovodiče, a niektoré sú prvky a niektoré sú zlúčeniny. Kremík a germánium sú prvky s polovodičovými vlastnosťami, zatiaľ čo gálium arzenid je zlúčenina. Všeobecne prvky v skupine IV a zlúčeniny z prvkov skupín III a V, ako je arzenid gália, fosfid hlinitý a nitrid gália, vykazujú vnútorné polovodičové vlastnosti.
Viac informácií o extrémnych polovodičoch
Pridaním rôznych prvkov možno vlastnosti polovodiča vylepšiť tak, aby viedli viac prúdu. Proces pridávania je známy ako doping, zatiaľ čo pridávaný materiál je známy ako nečistoty. Nečistoty zvyšujú počet nosičov náboja v materiáli, čo umožňuje lepšiu vodivosť. Na základe dodaného nosiča sú nečistoty klasifikované ako akceptory a darcovia. Donory sú materiály, ktoré majú neviazané elektróny v mriežke, a akceptory sú materiály, ktoré zanechávajú otvory v mriežke. V prípade polovodičov skupiny IV pôsobia ako akceptory prvky skupiny III bór, hliník, zatiaľ čo ako prvky skupiny V pôsobia ako darcovia fosfor a arzén. Pre zlúčeninové polovodiče skupiny II-V pôsobia ako darcovia selén, telúr, akceptory berýlium, zinok a kadmium.
Ak sa ako nečistota pridá niekoľko akceptorových atómov, počet otvorov sa zvýši a materiál má prebytok nosičov pozitívneho náboja ako predtým. Preto sa polovodič dotovaný akceptorovou nečistotou nazýva Positive-type alebo P-Type Semiconductor. Rovnakým spôsobom sa polovodič dotovaný donorovou nečistotou, ktorá zanecháva materiál v prebytku elektrónov, nazýva negatívny typ alebo polovodič typu N.
Polovodiče sa používajú na výrobu rôznych typov diód, tranzistorov a príbuzných komponentov. Lasery, fotovoltaické články (solárne články) a fotodetektory tiež používajú polovodiče.
Aký je rozdiel medzi vnútornými a vonkajšími polovodičmi?
