Intrinsischer vs. Extrinsischer Halbleiter
Es ist bemerkenswert, dass die moderne Elektronik auf einer Materialart basiert, nämlich Halbleitern. Halbleiter sind Materialien, die eine mittlere Leitfähigkeit zwischen Leitern und Isolatoren haben. Halbleitermaterialien wurden in der Elektronik bereits vor der Erfindung von Halbleiterdioden und Transistoren in den 1940er Jahren verwendet, aber danach fanden Halbleiter eine breite Anwendung auf dem Gebiet der Elektronik. 1958 hat die Erfindung des integrierten Sch altkreises durch Jack Kilby von Texas Instruments die Verwendung von Halbleitern auf dem Gebiet der Elektronik auf ein beispielloses Niveau gehoben.
Halbleiter haben natürlich ihre Eigenschaft der Leitfähigkeit durch freie Ladungsträger. Ein solcher Halbleiter, ein Material, das von Natur aus Halbleitereigenschaften aufweist, ist als intrinsischer Halbleiter bekannt. Für die Entwicklung fortschrittlicher elektronischer Komponenten wurden Halbleiter verbessert, um eine höhere Leitfähigkeit zu erzielen, indem Materialien oder Elemente hinzugefügt wurden, die die Anzahl der Ladungsträger im Halbleitermaterial erhöhen. Ein solcher Halbleiter wird als extrinsischer Halbleiter bezeichnet.
Mehr über intrinsische Halbleiter
Die Leitfähigkeit jedes Materials beruht auf den Elektronen, die durch die thermische Bewegung in das Leitungsband freigesetzt werden. Bei intrinsischen Halbleitern ist die Anzahl der freigesetzten Elektronen relativ geringer als bei den Metallen, aber größer als bei den Isolatoren. Dies ermöglicht eine sehr begrenzte Stromleitfähigkeit durch das Material. Wenn die Temperatur des Materials erhöht wird, treten mehr Elektronen in das Leitungsband ein, und daher steigt auch die Leitfähigkeit des Halbleiters. Es gibt zwei Arten von Ladungsträgern in einem Halbleiter, die in das Valenzband freigesetzten Elektronen und die freien Orbitale, besser bekannt als Löcher. 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 fungieren, und einige sind Elemente und einige sind Verbindungen. Silizium und Germanium sind Elemente mit halbleitenden Eigenschaften, während Galliumarsenid eine Verbindung ist. Im Allgemeinen weisen Elemente der Gruppe IV und Verbindungen aus den Elementen der Gruppen III und V wie Galliumarsenid, Aluminiumphosphid und Galliumnitrid intrinsische Halbleitereigenschaften auf.
Mehr über Extrinsische Halbleiter
Durch Hinzufügen verschiedener Elemente können die Halbleitereigenschaften verfeinert werden, um mehr Strom zu leiten. Der Zugabeprozess ist als Dotieren bekannt, während das hinzugefügte Material als Verunreinigungen bekannt ist. Verunreinigungen erhöhen die Anzahl der Ladungsträger im Material und ermöglichen eine bessere Leitfähigkeit. Anhand des zugeführten Trägers werden die Verunreinigungen in Akzeptoren und Donatoren eingeteilt. 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 der Gruppe III, Bor, Aluminium, als Akzeptoren, während die Elemente der Gruppe V, Phosphor und Arsen, als Donatoren wirken. Bei Verbindungshalbleitern der Gruppen II-V fungieren Selen, Tellur als Donatoren, während Beryllium, Zink und Cadmium als Akzeptoren fungieren.
Wenn mehrere Akzeptoratome als Verunreinigung hinzugefügt werden, erhöht sich die Anzahl der Löcher und das Material hat einen Überschuss an positiven Ladungsträgern als zuvor. Daher wird der mit Akzeptor-Störstellen dotierte Halbleiter als Halbleiter vom positiven Typ oder P-Typ bezeichnet. Auf die gleiche Weise wird ein Halbleiter, der mit Donatorverunreinigungen dotiert ist, die das Material mit einem Überschuss an Elektronen belassen, als Halbleiter vom negativen Typ oder vom N-Typ bezeichnet.
Halbleiter werden zur Herstellung verschiedener Arten von Dioden, Transistoren und verwandten Komponenten verwendet. Laser, Photovoltaikzellen (Solarzellen) und Fotodetektoren verwenden ebenfalls Halbleiter.
Was ist der Unterschied zwischen intrinsischen und extrinsischen Halbleitern?
