Sisemine vs väline pooljuht
On tähelepanuväärne, et kaasaegne elektroonika põhineb ühte tüüpi materjalidel, pooljuhtidel. Pooljuhid on materjalid, millel on juhtide ja isolaatorite vaheline juhtivus. Pooljuhtmaterjale kasutati elektroonikas juba enne pooljuhtdioodi ja transistori leiutamist 1940. aastatel, kuid pärast seda leidsid pooljuhid elektroonika valdkonnas laialdast rakendust. 1958. aastal tõstis Texase instrumentide Jack Kilby integreeritud vooluahela leiutamine pooljuhtide kasutamist elektroonika valdkonnas enneolematule tasemele.
Loomulikult on pooljuhtidel oma juhtivus tänu tasuta laengukandjatele. Sellist pooljuhti, materjali, millel on loomulikult pooljuhi omadused, tuntakse sisemise pooljuhina. Täiustatud elektrooniliste komponentide väljatöötamiseks parandati pooljuhte, et need toimiksid suurema juhtivusega, lisades materjale või elemente, mis suurendavad laengukandjate arvu pooljuhtmaterjalis. Sellist pooljuhti tuntakse välise pooljuhina.
Lisateave sisemiste pooljuhtide kohta
Mis tahes materjali juhtivus on tingitud elektronidest, mis on termilise segamise mõjul juhtimisribasse eraldatud. Sisemiste pooljuhtide puhul on vabanevate elektronide arv suhteliselt madalam kui metallides, kuid suurem kui isolaatorites. See võimaldab materjali kaudu väga piiratud voolu juhtivust. Materjali temperatuuri tõstmisel siseneb juhtimisriba rohkem elektrone ja seega suureneb ka pooljuhi juhtivus. Pooljuhis on kahte tüüpi laengukandjaid, valentsribasse vabanevad elektronid ja vabad orbitaalid, mida tuntakse rohkem kui auke. Sisemises pooljuhis olevate aukude ja elektronide arv on võrdne. Nii augud kui ka elektronid aitavad kaasa voolu voolule. Potentsiaalide erinevuse rakendamisel liiguvad elektronid suurema potentsiaali ja augud madalama potentsiaali suunas.
Seal on palju materjale, mis toimivad pooljuhtidena, ja mõned neist on elemendid ja mõned on ühendid. Räni ja germaanium on pooljuhtivate omadustega elemendid, samas kui galliumarseniid on ühend. Üldiselt on IV rühma elementidel ning III ja V rühma elementidel, näiteks galliumarseniidil, alumiiniumfosfiidil ja galliumnitriidil, sisemised pooljuhtomadused.
Lisateave väliste pooljuhtide kohta
Erinevate elementide lisamise abil saab pooljuhi omadusi täpsustada suurema voolu juhtimiseks. Lisamisprotsessi nimetatakse dopinguks, samal ajal kui lisatud materjali tuntakse lisanditena. Lisandid suurendavad materjali laengukandjate arvu, võimaldades paremat juhtivust. Tarnitava kandja põhjal klassifitseeritakse lisandid aktseptoriteks ja doonoriteks. Doonorid on materjalid, millel on võre seondumata elektronid, ja aktseptorid on materjalid, mis jätavad võre auke. IV rühma pooljuhtide puhul toimivad aktseptoritena III rühma elemendid boor, alumiinium, doonorina aga V rühma elemendid fosfor ja arseen. II-V rühma liitpooljuhtide puhul toimivad doonoritena seleen, telluur, aktseptoritena berüllium, tsink ja kaadmium.
Kui lisandiks lisatakse arv aktseptori aatomeid, suureneb aukude arv ja materjalil on varasemast rohkem positiivseid laengukandjaid. Seetõttu nimetatakse aktseptori lisandiga legeeritud pooljuhti positiivse või P-tüüpi pooljuhiks. Samamoodi nimetatakse doonori lisandiga leotatud pooljuhti, mis jätab materjali üle elektronide, negatiivseks või N-tüüpi pooljuhiks.
Pooljuhte kasutatakse erinevat tüüpi dioodide, transistoride ja nendega seotud komponentide tootmiseks. Ka laserid, fotogalvaanilised elemendid (päikesepatareid) ja fotodetektorid kasutavad pooljuhte.
Mis vahe on sisemistel ja välistel pooljuhtidel?
