Внутренние и внешние полупроводники
Примечательно, что современная электроника основана на одном типе материала – полупроводниках. Полупроводники - это материалы, которые имеют промежуточную проводимость между проводниками и изоляторами. Полупроводниковые материалы использовались в электронике еще до изобретения полупроводниковых диодов и транзисторов в 1940-х годах, но после этого полупроводники нашли широкое применение в области электроники. В 1958 году изобретение интегральной схемы Джеком Килби из Texas Instruments подняло использование полупроводников в области электроники на беспрецедентный уровень.
Естественно, полупроводники обладают свойством проводимости благодаря свободным носителям заряда. Такой полупроводник, материал, который естественным образом проявляет полупроводниковые свойства, 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 внешний полупроводник.
Подробнее о внутренних полупроводниках
Проводимость любого материала обусловлена электронами, выпущенными в зону проводимости при тепловом возбуждении. В случае собственных полупроводников число высвобождаемых электронов относительно меньше, чем в металлах, но больше, чем в изоляторах. Это обеспечивает очень ограниченную проводимость тока через материал. При повышении температуры материала в зону проводимости входит 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. Число дырок и электронов в собственном полупроводнике равно. И дырки, и электроны вносят свой вклад в ток. Когда применяется разность потенциалов, электроны движутся к более высокому потенциалу, а дырки движутся к более низкому потенциалу.
Есть много материалов, которые действуют как полупроводники, и некоторые из них являются элементами, а некоторые являются соединениями. Кремний и германий - элементы с полупроводниковыми свойствами, а арсенид галлия - соединение. Как правило, элементы группы IV и соединения элементов групп III и V, такие как арсенид галлия, фосфид алюминия и нитрид галлия, проявляют внутренние полупроводниковые свойства.
Подробнее о внешних полупроводниках
Добавляя различные элементы, можно улучшить свойства полупроводника, чтобы проводить больший ток. Процесс добавления известен как легирование, а добавленный 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, содержащие несвязанные электроны в решетке, а акцепторы - это материалы, оставляющие дырки в решетке. Для полупроводников IV группы акцепторами выступают элементы III группы Бор, Алюминий, а элементами V группы Фосфор и мышьяк - донорами. Для составных полупроводников II-V групп донорами являются селен, теллур, а акцепторами - бериллий, цинк и кадмий.
Если в качестве примеси добавить некоторое количество акцепторных атомов, количество дырок увеличится, и материал будет иметь избыток положительных носителей заряда, чем раньше. Поэтому полупроводник, легированный акцепторной примесью, называется полупроводником положительного или P-типа. Точно так же полупроводник, легированный донорной примесью, которая оставляет в материале избыток электронов, называется полупроводником отрицательного или N-типа.
Полупроводники используются для производства различных типов диодов, транзисторов и связанных с ними компонентов. Лазеры, фотоэлектрические элементы (солнечные элементы) и фотодетекторы также используют полупроводники.
В чем разница между внутренними и внешними полупроводниками?
