Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Είναι αξιοσημείωτο ότι τα σύγχρονα ηλεκτρονικά βασίζονται σε ένα είδος υλικού, τους ημιαγωγούς. Οι ημιαγωγοί είναι υλικά που έχουν ενδιάμεση αγωγιμότητα μεταξύ αγωγών και μονωτών. Τα υλικά ημιαγωγών χρησιμοποιήθηκαν στα ηλεκτρονικά ακόμη και πριν από την εφεύρεση της διόδου και του τρανζίστορ ημιαγωγών τη δεκαετία του 1940, αλλά στη συνέχεια οι ημιαγωγοί βρήκαν τεράστια εφαρμογή στον τομέα της ηλεκτρονικής. Το 1958, η εφεύρεση του ολοκληρωμένου κυκλώματος από τον Jack Kilby από τα όργανα του Τέξας ανέβασε τη χρήση ημιαγωγών στον τομέα της ηλεκτρονικής σε πρωτοφανές επίπεδο.
Φυσικά οι ημιαγωγοί έχουν την ιδιότητά τους της αγωγιμότητας λόγω των δωρεάν φορέων φόρτισης. Ένας τέτοιος ημιαγωγός, ένα υλικό, το οποίο εμφανίζει φυσικά ημιαγωγικές ιδιότητες, είναι γνωστός ως εγγενής ημιαγωγός. Για την ανάπτυξη προηγμένων ηλεκτρονικών εξαρτημάτων, οι ημιαγωγοί βελτιώθηκαν ώστε να έχουν μεγαλύτερη αγωγιμότητα με την προσθήκη υλικών ή στοιχείων, τα οποία αυξάνουν τον αριθμό των φορέων φορτίου στο υλικό ημιαγωγών. Ένας τέτοιος ημιαγωγός είναι γνωστός ως εξωτερικός ημιαγωγός.
Περισσότερα για τους εσωτερικούς ημιαγωγούς
Η αγωγιμότητα οποιουδήποτε υλικού οφείλεται στα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται στη ζώνη αγωγιμότητας από τη θερμική ανάδευση. Στην περίπτωση των εγγενών ημιαγωγών, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που απελευθερώνονται είναι σχετικά μικρότερος από ό,τι στα μέταλλα, αλλά μεγαλύτερος από ό,τι στους μονωτές. Αυτό επιτρέπει μια πολύ περιορισμένη αγωγιμότητα του ρεύματος μέσω του υλικού. Όταν η θερμοκρασία του υλικού αυξάνεται, περισσότερα ηλεκτρόνια εισέρχονται στη ζώνη αγωγιμότητας και ως εκ τούτου αυξάνεται και η αγωγιμότητα του ημιαγωγού. Υπάρχουν δύο τύποι φορέων φορτίου σε έναν ημιαγωγό, τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται στη ζώνη σθένους και τα κενά τροχιακά, πιο γνωστά ως οπές. Ο αριθμός των οπών και των ηλεκτρονίων σε έναν εγγενή ημιαγωγό είναι ίσος. Τόσο οι οπές όσο και τα ηλεκτρόνια συμβάλλουν στη ροή του ρεύματος. Όταν εφαρμόζεται διαφορά δυναμικού, τα ηλεκτρόνια κινούνται προς το υψηλότερο δυναμικό και οι οπές προς το χαμηλότερο δυναμικό.
Υπάρχουν πολλά υλικά που λειτουργούν ως ημιαγωγοί, και μερικά είναι στοιχεία και άλλα είναι ενώσεις. Το πυρίτιο και το γερμάνιο είναι στοιχεία με ημιαγώγιμες ιδιότητες, ενώ το αρσενικό γάλλιο είναι μια ένωση. Γενικά στοιχεία της ομάδας IV και ενώσεις από τα στοιχεία των ομάδων III και V, όπως το αρσενίδιο του γαλλίου, το φωσφίδιο του αργιλίου και το νιτρίδιο του γαλλίου εμφανίζουν εγγενείς ιδιότητες ημιαγωγών.
Περισσότερα για τους εξωτερικούς ημιαγωγούς
Με την προσθήκη διαφορετικών στοιχείων, οι ιδιότητες του ημιαγωγού μπορούν να βελτιωθούν για να μεταφέρουν περισσότερο ρεύμα. Η διαδικασία προσθήκης είναι γνωστή ως ντόπινγκ ενώ το υλικό που προστίθεται είναι γνωστό ως ακαθαρσίες. Οι ακαθαρσίες αυξάνουν τον αριθμό των φορέων φορτίου μέσα στο υλικό, επιτρέποντας καλύτερη αγωγιμότητα. Με βάση τον παρεχόμενο φορέα, οι ακαθαρσίες ταξινομούνται ως αποδέκτες και δότες. Οι δότες είναι υλικά που έχουν αδέσμευτα ηλεκτρόνια μέσα στο πλέγμα και οι δέκτες είναι υλικά που αφήνουν οπές στο πλέγμα. Για τους ημιαγωγούς της ομάδας IV, τα στοιχεία της ομάδας ΙΙΙ Βόριο, Αλουμίνιο δρουν ως δέκτες, ενώ τα στοιχεία της ομάδας V ο φώσφορος και το αρσενικό ως δότες. Για τους σύνθετους ημιαγωγούς της ομάδας II-V, το σελήνιο, το τελλούριο δρουν ως δότες, ενώ το βηρύλλιο, ο ψευδάργυρος και το κάδμιο ενεργούν ως δέκτες.
Αν προστεθεί ένας αριθμός ατόμων δέκτη ως ακαθαρσία, ο αριθμός των οπών αυξάνεται και το υλικό έχει περίσσεια φορέων θετικού φορτίου από πριν. Επομένως, ο ημιαγωγός που έχει προσμείξεις με ακαθαρσίες δέκτη ονομάζεται ημιαγωγός θετικού τύπου ή τύπου P. Με τον ίδιο τρόπο ένας ημιαγωγός με πρόσμιξη δότη, που αφήνει το υλικό σε περίσσεια ηλεκτρονίων, ονομάζεται ημιαγωγός αρνητικού τύπου ή Ν-τύπου.
Οι ημιαγωγοί χρησιμοποιούνται για την κατασκευή διαφορετικών τύπων διόδων, τρανζίστορ και συναφών εξαρτημάτων. Τα λέιζερ, τα φωτοβολταϊκά κύτταρα (ηλιακά κύτταρα) και οι φωτοανιχνευτές χρησιμοποιούν επίσης ημιαγωγούς.
Ποια είναι η διαφορά μεταξύ Εσωτερικών και Εξωγενών Ημιαγωγών;
