Vidinis prieš išorinį puslaidininkį
Pastebėtina, kad šiuolaikinė elektronika yra paremta vienos rūšies medžiagomis – puslaidininkiais. Puslaidininkiai yra medžiagos, turinčios tarpinį laidumą tarp laidininkų ir izoliatorių. Puslaidininkinės medžiagos elektronikoje buvo naudojamos dar iki puslaidininkinių diodų ir tranzistorių išradimo 1940-aisiais, tačiau po to puslaidininkiai buvo plačiai pritaikyti elektronikos srityje. 1958 m. Jack Kilby iš Teksaso instrumentų išradęs integrinį grandyną puslaidininkių naudojimą elektronikos srityje iškėlė į neregėtą lygį.
Natūralu, kad puslaidininkiai turi laidumo savybę dėl laisvųjų krūvininkų. Toks puslaidininkis, medžiaga, kuri natūraliai pasižymi puslaidininkinėmis savybėmis, yra žinomas kaip vidinis puslaidininkis. Kuriant pažangius elektroninius komponentus, puslaidininkiai buvo patobulinti, kad jų laidumas būtų didesnis, pridedant medžiagų ar elementų, kurie padidina krūvininkų skaičių puslaidininkinėje medžiagoje. Toks puslaidininkis žinomas kaip išorinis puslaidininkis.
Daugiau apie vidinius puslaidininkius
Bet kurios medžiagos laidumą lemia elektronai, išleidžiami į laidumo juostą dėl šiluminio maišymo. Vidinių puslaidininkių atveju išsiskiriančių elektronų skaičius yra santykinai mažesnis nei metaluose, bet didesnis nei izoliatoriuose. Tai leidžia labai ribotą srovės laidumą per medžiagą. Padidėjus medžiagos temperatūrai, į laidumo juostą patenka daugiau elektronų, taigi, didėja ir puslaidininkio laidumas. Puslaidininkyje yra dviejų tipų krūvininkai: elektronai, išleisti į valentinę juostą, ir laisvos orbitos, plačiau žinomos kaip skylės. Skylių ir elektronų skaičius vidiniame puslaidininkyje yra lygus. Tiek skylės, tiek elektronai prisideda prie srovės srauto. Kai taikomas potencialų skirtumas, elektronai juda link didesnio potencialo, o skylės juda link mažesnio potencialo.
Yra daug medžiagų, kurios veikia kaip puslaidininkiai, kai kurios iš jų yra elementai, o kitos – junginiai. Silicis ir germanis yra elementai, turintys puslaidininkių savybių, o galio arsenidas yra junginys. Paprastai IV grupės elementai ir III bei V grupių elementų junginiai, tokie kaip galio arsenidas, aliuminio fosfidas ir galio nitridas, pasižymi būdingomis puslaidininkinėmis savybėmis.
Daugiau apie išorinius puslaidininkius
Pridedant skirtingų elementų, puslaidininkių savybės gali būti patobulintos, kad būtų praleidžiama daugiau srovės. Įdėjimo procesas žinomas kaip dopingas, o pridedama medžiaga vadinama priemaišomis. Priemaišos padidina krūvininkų skaičių medžiagoje, todėl užtikrinamas geresnis laidumas. Pagal tiekiamą nešiklį priemaišos skirstomos į akceptorius ir donorus. Donorai yra medžiagos, kurių gardelėje yra nesurištų elektronų, o akceptoriai yra medžiagos, kurios grotelėje palieka skylutes. IV grupės puslaidininkiams III grupės elementai Boras, Aliuminis veikia kaip akceptoriai, o V grupės elementai Fosforas ir arsenas veikia kaip donorai. II-V grupės sudėtiniams puslaidininkiams selenas, telūras veikia kaip donorai, o berilis, cinkas ir kadmis veikia kaip akceptoriai.
Jei kaip priemaiša pridedama daug akceptorių atomų, skylių skaičius padidėja ir medžiaga turi teigiamų krūvininkų pertekliaus nei anksčiau. Todėl puslaidininkis, legiruotas akceptoriaus priemaiša, vadinamas teigiamo tipo arba P tipo puslaidininkiu. Lygiai taip pat puslaidininkis, legiruotas donorinėmis priemaišomis, kurios palieka medžiagą elektronų pertekliumi, vadinamas neigiamo tipo arba N tipo puslaidininkiu.
Puslaidininkiai naudojami įvairių tipų diodams, tranzistoriams ir susijusiems komponentams gaminti. Lazeriai, fotovoltiniai elementai (saulės elementai) ir fotodetektoriai taip pat naudoja puslaidininkius.
Kuo skiriasi vidiniai ir išoriniai puslaidininkiai?
