Iekšējais vs ārējais pusvadītājs
Zīmīgi, ka mūsdienu elektronikas pamatā ir viena veida materiāli - pusvadītāji. Pusvadītāji ir materiāli, kuriem ir vidēja vadītspēja starp vadītājiem un izolatoriem. Pusvadītāju materiāli tika izmantoti elektronikā jau pirms pusvadītāju diodes un tranzistora izgudrošanas 1940. gados, bet pēc tam pusvadītāji plaši pielietoja elektronikas jomā. 1958. gadā Džeks Kilbijs no Teksasas instrumentiem izgudroja integrēto shēmu, un pusvadītāju izmantošana elektronikas jomā tika paaugstināta līdz nepieredzētam līmenim.
Dabiski pusvadītājiem ir sava vadītspēja brīvo lādiņu nesēju dēļ. Šāds pusvadītājs, materiāls, kas dabiski parāda pusvadītāju īpašības, ir pazīstams kā iekšējais pusvadītājs. Uzlabotu elektronisko komponentu izstrādei tika uzlaboti pusvadītāji, lai tie darbotos ar lielāku vadītspēju, pievienojot materiālus vai elementus, kas palielina lādiņu nesēju skaitu pusvadītāju materiālā. Šāds pusvadītājs ir pazīstams kā ārējs pusvadītājs.
Vairāk par iekšējiem pusvadītājiem
Jebkura materiāla vadītspēja ir saistīta ar elektroniem, kurus termiskā maisīšana atbrīvo vadīšanas joslā. Iekšējo pusvadītāju gadījumā izdalīto elektronu skaits ir salīdzinoši mazāks nekā metālos, bet lielāks nekā izolatoros. Tas ļauj ļoti ierobežot strāvas vadītspēju caur materiālu. Palielinot materiāla temperatūru, vairāk elektronu nonāk vadīšanas joslā, un līdz ar to palielinās arī pusvadītāja vadītspēja. Pusvadītājā ir divu veidu lādiņu nesēji, elektroni, kas izdalīti valences joslā, un brīvās orbitāles, kas plašāk pazīstamas kā caurumi. Urbumu un elektronu skaits iekšējā pusvadītājā ir vienāds. Gan caurumi, gan elektroni veicina strāvas plūsmu. Pielietojot potenciāla starpību, elektroni virzās uz augstāko potenciālu, bet caurumi virzās uz zemāko potenciālu.
Ir daudz materiālu, kas darbojas kā pusvadītāji, un daži ir elementi, bet citi ir savienojumi. Silīcijs un ģermānijs ir elementi ar pusvadošām īpašībām, bet 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 iekšējās pusvadītāju īpašības.
Vairāk par ārējiem pusvadītājiem
Pievienojot dažādus elementus, pusvadītāju īpašības var uzlabot, lai vadītu lielāku strāvu. Pievienošanas process ir pazīstams kā dopings, bet pievienotais materiāls ir pazīstams kā piemaisījumi. Piemaisījumi palielina lādiņu nesēju skaitu materiālā, ļaujot labāk vadīt. 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 III grupas elementi Borors, alumīnijs darbojas kā akceptori, bet V grupas elementi - fosfors un arsēns - kā donori. II-V grupas saliktajiem pusvadītājiem selēns, telūrs darbojas kā donori, bet berilijs, cinks un kadmijs - kā akceptori.
Ja kā piemaisījumu pievieno vairākus akceptora atomus, palielinās urbumu skaits un materiālā ir vairāk nekā iepriekš pozitīvo lādiņu nesēju. Tāpēc pusvadītāju, kas leģēts ar akceptora piemaisījumu, sauc par pozitīva vai P tipa pusvadītāju. Tādā pašā veidā pusvadītāju, kas leģēts ar donora piemaisījumiem un atstāj materiālu vairāk nekā elektronus, sauc par negatīvā tipa vai N-veida pusvadītāju.
Pusvadītājus izmanto dažāda veida diodu, tranzistoru un saistīto komponentu ražošanai. Lāzeri, fotoelementi (saules elementi) un foto detektori izmanto arī pusvadītājus.
Kāda ir atšķirība starp iekšējiem un ārējiem pusvadītājiem?
