Iekšējais pret ārēju pusvadītāju
Zīmīgi, ka mūsdienu elektronikas pamatā ir viena veida materiāls – pusvadītāji. Pusvadītāji ir materiāli, kuriem ir starpvadītspēja starp vadītājiem un izolatoriem. Pusvadītāju materiāli elektronikā tika izmantoti jau pirms pusvadītāju diodes un tranzistora izgudrošanas 1940. gados, bet pēc tam pusvadītāji atrada plašu pielietojumu elektronikas jomā. 1958. gadā Džeka Kilbija (Jack Kilby) no Teksasas instrumentiem izgudrotā integrētā shēma paaugstināja pusvadītāju izmantošanu elektronikas jomā līdz nepieredzētam līmenim.
Dabiski pusvadītājiem ir sava vadītspēja, pateicoties brīvajiem lādiņnesējiem. Šāds pusvadītājs, materiāls, kam dabiski piemīt pusvadītāja īpašības, ir pazīstams kā iekšējais pusvadītājs. Uzlabotu elektronisko komponentu izstrādei pusvadītāji tika uzlaboti, lai tie darbotos ar lielāku vadītspēju, pievienojot materiālus vai elementus, kas palielina lādiņu nesēju skaitu pusvadītāju materiālā. Šāds pusvadītājs ir pazīstams kā ārējais pusvadītājs.
Vairāk par iekšējiem pusvadītājiem
Jebkura materiāla vadītspēja ir saistīta ar elektroniem, kas termiskās sajaukšanas rezultātā tiek atbrīvoti vadīšanas joslā. Iekšējo pusvadītāju gadījumā atbrīvoto elektronu skaits ir salīdzinoši mazāks nekā metālos, bet lielāks nekā izolatoros. Tas nodrošina ļoti ierobežotu strāvas vadītspēju caur materiālu. Paaugstinot materiāla temperatūru, vadītspējas joslā nonāk vairāk elektronu, un līdz ar to palielinās arī pusvadītāja vadītspēja. Pusvadītājā ir divu veidu lādiņu nesēji, valences joslā izlaistie elektroni un brīvās orbitāles, kas plašāk pazīstamas kā caurumi. Caurumu un elektronu skaits iekšējā pusvadītājā ir vienāds. Gan caurumi, gan elektroni veicina strāvas plūsmu. Ja tiek izmantota potenciāla starpība, elektroni virzās uz augstāku potenciālu un caurumi virzās uz zemāku potenciālu.
Ir daudzi materiāli, kas darbojas kā pusvadītāji, un daži ir elementi, bet daži ir savienojumi. Silīcijs un germānija ir elementi ar pusvadītāju īpašībām, savukārt gallija arsenīds ir savienojums. Parasti IV grupas elementiem un savienojumiem no III un V grupas elementiem, piemēram, gallija arsenīdam, alumīnija fosfīdam un gallija nitrīdam ir raksturīgas pusvadītāju īpašības.
Vairāk par ārējiem pusvadītājiem
Pievienojot dažādus elementus, pusvadītāju īpašības var uzlabot, lai vadītu lielāku strāvu. Pievienošanas process ir pazīstams kā dopings, savukārt pievienotais materiāls ir pazīstams kā piemaisījumi. Piemaisījumi palielina lādiņu nesēju skaitu materiālā, nodrošinot labāku vadītspēju. Pamatojoties uz piegādāto nesēju, piemaisījumi tiek klasificēti kā akceptori un donori. Donori ir materiāli, kuru režģī ir nesaistīti elektroni, un akceptori ir materiāli, kas režģī atstāj caurumus. IV grupas pusvadītājiem kā akceptori darbojas III grupas elementi Bors, Alumīnijs, savukārt V grupas elementi Fosfors un arsēns darbojas kā donori. II-V grupas saliktajiem pusvadītājiem selēns, telūrs darbojas kā donori, bet berilijs, cinks un kadmijs darbojas kā akceptori.
Ja kā piemaisījumu pievieno vairākus akceptora atomus, palielinās caurumu skaits un materiālā ir vairāk pozitīvo lādiņu nesēju nekā iepriekš. Tāpēc pusvadītāju, kas leģēts ar akceptora piemaisījumu, sauc par pozitīvā tipa vai P tipa pusvadītāju. Tādā pašā veidā pusvadītājus, kas leģēti ar donoru piemaisījumiem, kas atstāj materiālu, kas pārsniedz elektronus, tiek saukts par negatīvā tipa vai N tipa pusvadītāju.
Pusvadītājus izmanto dažāda veida diožu, tranzistoru un saistīto komponentu ražošanai. Lāzeros, fotoelementos (saules elementos) un fotodetektoros tiek izmantoti arī pusvadītāji.
Kāda ir atšķirība starp iekšējiem un ārējiem pusvadītājiem?
