Intrinsic vs Extrinsic Semiconductor
Es ist bemerkenswert, dass die moderne Elektronik auf einem Materialtyp basiert, Halbleitern. Halbleiter sind Materialien mit einer Zwischenleitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren. Halbleitermaterialien wurden in der Elektronik bereits vor der Erfindung der Halbleiterdiode und des Transistors in den 1940er Jahren verwendet, aber danach fanden Halbleiter eine große Anwendung auf dem Gebiet der Elektronik. 1958 erhöhte die Erfindung der integrierten Schaltung durch Instrumente von Jack Kilby aus Texas den Einsatz von Halbleitern auf dem Gebiet der Elektronik auf ein beispielloses Niveau.
Natürlich haben Halbleiter ihre Leitfähigkeitseigenschaft aufgrund freier Ladungsträger. Ein solcher Halbleiter, ein Material, das natürlich Halbleitereigenschaften aufweist, ist als intrinsischer Halbleiter bekannt. Für die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Komponenten wurden Halbleiter durch Zugabe von Materialien oder Elementen verbessert, um eine höhere Leitfähigkeit zu erzielen, wodurch die Anzahl der Ladungsträger im Halbleitermaterial erhöht wird. Ein solcher Halbleiter ist als extrinsischer Halbleiter bekannt.
Weitere Informationen zu intrinsischen Halbleitern
Die Leitfähigkeit eines Materials beruht auf den Elektronen, die durch thermisches Rühren in das Leitungsband freigesetzt werden. Bei intrinsischen Halbleitern ist die Anzahl der freigesetzten Elektronen relativ geringer als bei den Metallen, jedoch größer als bei den Isolatoren. Dies ermöglicht eine sehr begrenzte Leitfähigkeit des Stroms durch das Material. Wenn die Temperatur des Materials erhöht wird, treten mehr Elektronen in das Leitungsband ein, und daher nimmt auch die Leitfähigkeit des Halbleiters zu. Es gibt zwei Arten von Ladungsträgern in einem Halbleiter, die in das Valenzband freigesetzten Elektronen und die freien Orbitale, die allgemein als Löcher bekannt sind. Die Anzahl der Löcher und Elektronen in einem intrinsischen Halbleiter ist gleich. Sowohl Löcher als auch Elektronen tragen zum Stromfluss bei. Wenn eine Potentialdifferenz angelegt wird, bewegen sich Elektronen in Richtung des höheren Potentials und Löcher in Richtung des niedrigeren Potentials.
Es gibt viele Materialien, die als Halbleiter wirken, und einige sind Elemente und einige sind Verbindungen. Silizium und Germanium sind Elemente mit halbleitenden Eigenschaften, während Galliumarsenid eine Verbindung ist. Im Allgemeinen zeigen Elemente der Gruppe IV und Verbindungen aus den Elementen der Gruppen III und V wie Galliumarsenid, Aluminiumphosphid und Galliumnitrid intrinsische Halbleitereigenschaften.
Mehr über extrinsische Halbleiter
Durch Hinzufügen verschiedener Elemente können die Halbleitereigenschaften verfeinert werden, um mehr Strom zu leiten. Der Additionsprozess ist als Dotierung bekannt, während das zugesetzte Material als Verunreinigungen bekannt ist. Verunreinigungen erhöhen die Anzahl der Ladungsträger im Material und ermöglichen eine bessere Leitfähigkeit. Basierend auf dem gelieferten Träger werden die Verunreinigungen als Akzeptoren und Donoren klassifiziert. Donoren sind Materialien, die ungebundene Elektronen im Gitter haben, und Akzeptoren sind Materialien, die Löcher im Gitter hinterlassen. Bei Halbleitern der Gruppe IV wirken die Elemente Bor, Aluminium der Gruppe III als Akzeptoren, während die Elemente der Gruppe V Phosphor und Arsen als Donoren wirken. Bei Verbindungshalbleitern der Gruppe II-V wirken Selen, Tellur als Donoren, während Beryllium, Zink und Cadmium als Akzeptoren wirken.
Wenn eine Anzahl von Akzeptoratomen als Verunreinigung hinzugefügt wird, nimmt die Anzahl der Löcher zu und das Material weist einen Überschuss an positiven Ladungsträgern auf als zuvor. Daher wird der mit Akzeptorverunreinigung dotierte Halbleiter als Halbleiter vom Positivtyp oder P-Typ bezeichnet. In gleicher Weise wird ein mit Donorverunreinigungen dotierter Halbleiter, der das Material über Elektronen zurücklässt, als negativer Typ oder N-Typ-Halbleiter bezeichnet.
Halbleiter werden verwendet, um verschiedene Arten von Dioden, Transistoren und verwandten Komponenten herzustellen. Laser, Photovoltaikzellen (Solarzellen) und Fotodetektoren verwenden ebenfalls Halbleiter.
Was ist der Unterschied zwischen intrinsischen und extrinsischen Halbleitern?
