Внутренний и внешний полупроводник
Примечательно, что современная электроника основана на одном материале - полупроводниках. Полупроводники - это материалы, которые имеют промежуточную проводимость между проводниками и изоляторами. Полупроводниковые материалы использовались в электронике еще до изобретения полупроводникового диода и транзистора в 1940-х годах, но после этого полупроводники нашли широкое применение в области электроники. В 1958 году изобретение Джеком Килби из Texas Instruments интегральной схемы подняло использование полупроводников в области электроники на беспрецедентный уровень.
Естественно, полупроводники обладают свойством проводимости за счет свободных носителей заряда. Такой полупроводник, материал, который естественно проявляет свойства полупроводника, известен как собственный полупроводник. Для разработки передовых электронных компонентов полупроводники были улучшены для обеспечения большей проводимости за счет добавления материалов или элементов, которые увеличивают количество носителей заряда в полупроводниковом материале. Такой полупроводник известен как примесный полупроводник.
Подробнее о внутренних полупроводниках
Проводимость любого материала обусловлена электронами, высвобождаемыми в зону проводимости при тепловом возбуждении. В случае собственных полупроводников количество высвобождаемых электронов относительно меньше, чем в металлах, но больше, чем в изоляторах. Это обеспечивает очень ограниченную проводимость тока через материал. Когда температура материала увеличивается, в зону проводимости попадает больше электронов, и, следовательно, проводимость полупроводника также увеличивается. В полупроводнике есть два типа носителей заряда: электроны, выпущенные в валентную зону, и вакантные орбитали, более известные как дырки. Количество дырок и электронов в собственном полупроводнике равно. И дырки, и электроны участвуют в протекании тока. Когда применяется разность потенциалов, электроны движутся к более высокому потенциалу, а дырки - к более низкому потенциалу.
Есть много материалов, которые действуют как полупроводники, некоторые из них являются элементами, а некоторые - соединениями. Кремний и германий - элементы с полупроводниковыми свойствами, а арсенид галлия - это соединение. Обычно элементы из группы IV и соединения из элементов групп III и V, такие как арсенид галлия, фосфид алюминия и нитрид галлия, проявляют собственные полупроводниковые свойства.
Подробнее о внешних полупроводниках
Добавляя различные элементы, можно улучшить свойства полупроводника, чтобы он проводил больше тока. Процесс добавления известен как легирование, а добавляемый материал известен как примеси. Примеси увеличивают количество носителей заряда в материале, обеспечивая лучшую проводимость. В зависимости от поставляемого носителя примеси классифицируются как акцепторы и доноры. Доноры - это материалы, которые имеют несвязанные электроны в решетке, а акцепторы - это материалы, которые оставляют дырки в решетке. Для полупроводников группы IV элементы группы III бор, алюминий действуют как акцепторы, а элементы группы V фосфор и мышьяк действуют как доноры. Для полупроводниковых соединений II-V групп селен, теллур действуют как доноры, а бериллий, цинк и кадмий действуют как акцепторы.
Если некоторое количество акцепторных атомов добавляется в качестве примеси, количество дырок увеличивается, и материал имеет избыток положительных носителей заряда, чем раньше. Поэтому полупроводник, легированный акцепторной примесью, называется полупроводником положительного или P-типа. Таким же образом полупроводник, легированный донорной примесью, который оставляет в материале больше электронов, называется полупроводником отрицательного типа или N-типа.
Полупроводники используются для производства различных типов диодов, транзисторов и связанных с ними компонентов. В лазерах, фотоэлектрических элементах (солнечных элементах) и фотодетекторах также используются полупроводники.
В чем разница между внутренними и внешними полупроводниками?
