Intrinzični vs ekstrinzični poluvodič
Zanimljivo je da se moderna elektronika temelji na jednoj vrsti materijala, poluvodičima. Poluvodiči su materijali koji imaju srednju vodljivost između vodiča i izolatora. Poluvodički materijali korišteni su u elektronici i prije izuma poluvodičke diode i tranzistora 1940-ih, no nakon toga poluvodiči su našli široku primjenu u području elektronike. Godine 1958. izum integriranog kruga Jacka Kilbyja iz Texas Instruments podigao je upotrebu poluvodiča u području elektronike na neviđenu razinu.
Prirodno, poluvodiči imaju svojstvo vodljivosti zahvaljujući slobodnim nositeljima naboja. Takav poluvodič, materijal koji prirodno pokazuje svojstva poluvodiča, poznat je kao intrinzični poluvodič. Za razvoj naprednih elektroničkih komponenti, poluvodiči su poboljšani kako bi imali veću vodljivost dodavanjem materijala ili elemenata koji povećavaju broj nositelja naboja u poluvodičkom materijalu. Takav poluvodič je poznat kao ekstrinzični poluvodič.
Više o unutarnjim poluvodičima
Vodljivost bilo kojeg materijala rezultat je elektrona otpuštenih u vodljivu vrpcu toplinskim potresom. U slučaju intrinzičnih poluvodiča, broj otpuštenih elektrona je relativno manji nego u metalima, ali veći nego u izolatorima. To omogućuje vrlo ograničenu vodljivost struje kroz materijal. Kad se temperatura materijala poveća, više elektrona ulazi u vodljivi pojas, a time se povećava i vodljivost poluvodiča. Postoje dvije vrste nositelja naboja u poluvodiču, elektroni otpušteni u valentni pojas i prazne orbitale, poznatije kao šupljine. Broj šupljina i elektrona u intrinzičnom poluvodiču je jednak. Protoku struje doprinose i šupljine i elektroni. Kada se primijeni razlika potencijala, elektroni se kreću prema višem potencijalu, a šupljine prema nižem potencijalu.
Postoje mnogi materijali koji djeluju kao poluvodiči, a neki su elementi, a neki spojevi. Silicij i germanij su elementi s poluvodičkim svojstvima, dok je galijev arsenid spoj. Općenito, elementi u skupini IV i spojevi iz elemenata skupina III i V, kao što su galijev arsenid, aluminijev fosfid i galijev nitrid, pokazuju intrinzična svojstva poluvodiča.
Više o ekstrinzičnim poluvodičima
Dodavanjem različitih elemenata, svojstva poluvodiča mogu se poboljšati kako bi provodili više struje. Proces dodavanja poznat je kao dopiranje, dok je dodani materijal poznat kao nečistoće. Nečistoće povećavaju broj nositelja naboja unutar materijala, omogućujući bolju vodljivost. Na temelju isporučenog nosača, nečistoće se klasificiraju kao akceptori i donori. Donori su materijali koji imaju nevezane elektrone unutar rešetke, a akceptori su materijali koji ostavljaju rupe u rešetki. Za poluvodiče skupine IV elementi skupine III bor, aluminij djeluju kao akceptori, dok elementi skupine V fosfor i arsen djeluju kao donori. Za spojene poluvodiče grupe II-V, selen, telur djeluju kao donori, dok berilij, cink i kadmij djeluju kao akceptori.
Ako se broj akceptorskih atoma doda kao nečistoća, povećava se broj šupljina i materijal ima više nositelja pozitivnog naboja nego prije. Stoga se poluvodič dopiran akceptorskom nečistoćom naziva poluvodič pozitivnog tipa ili P-tipa. Na isti način, poluvodič dopiran donorskim nečistoćama, koje ostavljaju materijal u višku elektrona, naziva se poluvodič negativnog tipa ili N-tipa.
Poluvodiči se koriste za proizvodnju različitih vrsta dioda, tranzistora i srodnih komponenti. Laseri, fotonaponske ćelije (solarne ćelije) i foto detektori također koriste poluvodiče.
Koja je razlika između intrinzičnih i ekstrinzičnih poluvodiča?
