Sisemine vs väline pooljuht
On tähelepanuväärne, et kaasaegne elektroonika põhineb ühte tüüpi materjalidel, pooljuhtidel. Pooljuhid on materjalid, millel on vahepealne juhtivus juhtide ja isolaatorite vahel. Pooljuhtmaterjale kasutati elektroonikas juba enne pooljuhtdioodi ja -transistori leiutamist 1940. aastatel, kuid pärast seda leidsid pooljuhid laialdast rakendust elektroonika valdkonnas. 1958. aastal viis Texase instrumentide Jack Kilby leiutatud integraallülitus elektroonikavaldkonnas pooljuhtide kasutamise enneolematule tasemele.
Loomulikult on pooljuhtidel oma juhtivuse omadus tänu vabadele laengukandjatele. Sellist pooljuhti, materjali, millel on loomulikult pooljuhi omadused, tuntakse sisemise pooljuhina. Täiustatud elektrooniliste komponentide väljatöötamiseks täiustati pooljuhte, et need toimiksid suurema juhtivusega, lisades materjale või elemente, mis suurendavad laengukandjate arvu pooljuhtmaterjalis. Sellist pooljuhti tuntakse välise pooljuhina.
Lisateave sisemiste pooljuhtide kohta
Iga materjali juhtivus tuleneb elektronidest, mis vabanevad juhtivusribale termilise segamise tõttu. Sisemiste pooljuhtide puhul on vabanevate elektronide arv suhteliselt väiksem kui metallides, kuid suurem kui isolaatorites. See võimaldab väga piiratud voolujuhtivust läbi materjali. Materjali temperatuuri tõstmisel siseneb juhtivusriba rohkem elektrone ja seega suureneb ka pooljuhi juhtivus. Pooljuhtides on kahte tüüpi laengukandjaid, valentsribasse vabanevad elektronid ja vabad orbitaalid, mida rohkem tuntakse aukudena. Aukude ja elektronide arv sisemises pooljuhis on võrdne. Nii augud kui elektronid aitavad kaasa voolule. Potentsiaalide erinevuse rakendamisel liiguvad elektronid kõrgema potentsiaali poole ja augud madalama potentsiaali poole.
Pooljuhtidena toimivaid materjale on palju ja mõned neist on elemendid ja mõned ühendid. Räni ja germaanium on pooljuhtivate omadustega elemendid, galliumarseniid aga ühend. Üldiselt on IV rühma elementidel ning III ja V rühmade elementide ühenditel, nagu galliumarseniid, alumiiniumfosfiid ja galliumnitriid, sisemised pooljuhtomadused.
Veel väliste pooljuhtide kohta
Erinevate elementide lisamisega saab pooljuhtide omadusi täpsustada, et juhtida rohkem voolu. Lisamisprotsessi nimetatakse dopinguks, samas kui lisatud materjali nimetatakse lisanditeks. Lisandid suurendavad laengukandjate arvu materjalis, võimaldades paremat juhtivust. Tarnitava kandja põhjal liigitatakse lisandid aktseptoriteks ja doonoriteks. Doonorid on materjalid, mille võres on sidumata elektronid, ja aktseptorid on materjalid, mis jätavad võre sisse augud. IV rühma pooljuhtide puhul toimivad aktseptoritena III rühma elemendid boor, alumiinium, doonoritena aga V rühma elemendid fosfor ja arseen. II-V rühma liitpooljuhtide puhul toimivad seleen, telluur doonoritena, berüllium, tsink ja kaadmium aga aktseptoritena.
Kui lisada lisandina hulk aktseptor-aatomeid, suureneb aukude arv ja materjalis on varasemast rohkem positiivseid laengukandjaid. Seetõttu nimetatakse aktseptori lisandiga legeeritud pooljuhti positiivset tüüpi või P-tüüpi pooljuhiks. Samamoodi nimetatakse pooljuhte, mis on legeeritud doonorlisandiga, mis jätab materjalist üle elektronide, negatiivset tüüpi või N-tüüpi pooljuhiks.
Pooljuhte kasutatakse erinevat tüüpi dioodide, transistoride ja nendega seotud komponentide valmistamiseks. Laserid, fotogalvaanilised elemendid (päikeseelemendid) ja fotodetektorid kasutavad samuti pooljuhte.
Mis vahe on sisemistel ja välistel pooljuhtidel?
