Belső vs külső félvezető
Figyelemre méltó, hogy a modern elektronika egyféle anyagon, a félvezetőkön alapul. A félvezetők olyan anyagok, amelyek köztes vezetőképességgel rendelkeznek a vezetők és a szigetelők között. A félvezető anyagokat már az 1940-es években, a félvezető dióda és tranzisztor feltalálása előtt is használták az elektronikában, de ezt követően a félvezetők széles körben elterjedtek az elektronika területén. 1958-ban Jack Kilby, a texasi műszerek integrált áramkörének feltalálása soha nem látott szintre emelte a félvezetők használatát az elektronika területén.
A félvezetőknek természetesen megvan a vezetőképességük a szabad töltéshordozóknak köszönhetően. Az ilyen félvezetőket, olyan anyagokat, amelyek természetesen félvezető tulajdonságokat mutatnak, belső félvezetőnek nevezik. A fejlett elektronikus alkatrészek fejlesztése érdekében a félvezetőket javították, hogy nagyobb vezetőképességgel működjenek olyan anyagok vagy elemek hozzáadásával, amelyek növelik a töltéshordozók számát a félvezető anyagban. Az ilyen félvezetőket külső félvezetőnek nevezik.
További információ a belső félvezetőkről
Bármely anyag vezetőképessége a hőkeverés következtében a vezetési sávba felszabaduló elektronoknak köszönhető. A belső félvezetők esetében a felszabaduló elektronok száma viszonylag kisebb, mint a fémekben, de nagyobb, mint a szigetelőkben. Ez nagyon korlátozott áramvezetést tesz lehetővé az anyagon keresztül. Az anyag hőmérsékletének növelésével több elektron lép be a vezetési sávba, és ezáltal a félvezető vezetőképessége is megnő. A félvezetőben kétféle töltéshordozó található, a vegyértéksávba felszabaduló elektronok és az üres pályák, ismertebb nevén a lyukak. A lyukak és az elektronok száma egy belső félvezetőben egyenlő. A lyukak és az elektronok egyaránt hozzájárulnak az áram áramlásához. Ha potenciálkülönbséget alkalmazunk, az elektronok a magasabb potenciál felé, a lyukak pedig az alacsonyabb potenciál felé mozognak.
Sok olyan anyag létezik, amely félvezetőként működik, és néhány elem, mások pedig vegyületek. A szilícium és a germánium félvezető tulajdonságú elemek, míg a gallium-arzenid egy vegyület. Általában a IV. csoportba tartozó elemek és a III. és V. csoport elemeiből származó vegyületek, mint például a gallium-arzenid, az alumínium-foszfid és a gallium-nitrid belső félvezető tulajdonságokkal rendelkeznek.
További információ a külső félvezetőkről
Különböző elemek hozzáadásával a félvezető tulajdonságai finomíthatók, hogy nagyobb áramot vezessenek. Az adagolási folyamatot doppingnak, míg a hozzáadott anyagot szennyeződésnek nevezik. A szennyeződések növelik a töltéshordozók számát az anyagban, ami jobb vezetőképességet tesz lehetővé. A szállított hordozó alapján a szennyeződéseket akceptoroknak és donoroknak kell besorolni. A donorok olyan anyagok, amelyekben kötetlen elektronok vannak a rácson belül, az akceptorok pedig olyan anyagok, amelyek lyukakat hagynak a rácsban. A IV. csoportba tartozó félvezetőknél a III. csoportba tartozó elemek a bór, az alumínium akceptorként, míg az V. csoportba tartozó elemek a foszfor és az arzén donorként működnek. A II-V csoportba tartozó összetett félvezetők esetében a szelén, a tellúr donorként, míg a berillium, a cink és a kadmium akceptorként működik.
Ha több akceptor atomot adunk hozzá szennyeződésként, a lyukak száma megnő, és az anyagban többlet pozitív töltéshordozóval rendelkezik, mint korábban. Ezért az akceptor szennyeződéssel adalékolt félvezetőt pozitív típusú vagy P-típusú félvezetőnek nevezik. Ugyanígy a donor szennyeződésekkel adalékolt félvezetőket, amelyek az anyagból az elektronok többletét hagyják el, negatív típusú vagy N-típusú félvezetőnek nevezik.
A félvezetőket különféle típusú diódák, tranzisztorok és kapcsolódó alkatrészek gyártására használják. A lézerek, a fotovoltaikus cellák (napelemek) és a fotódetektorok szintén félvezetőket használnak.
Mi a különbség a belső és külső félvezetők között?
