نیمه هادی درونی در مقابل نیمه هادی بیرونی
قابل توجه است که الکترونیک مدرن بر اساس یک نوع ماده، نیمه هادی ها است. نیمه هادی ها موادی هستند که رسانایی متوسطی بین هادی ها و عایق ها دارند. مواد نیمه هادی حتی قبل از اختراع دیود و ترانزیستور نیمه هادی در دهه 1940 در الکترونیک مورد استفاده قرار می گرفتند، اما پس از آن نیمه هادی ها کاربرد گسترده ای در زمینه الکترونیک پیدا کردند. در سال 1958، اختراع مدار مجتمع توسط جک کیلبی از تگزاس، استفاده از نیمه هادی ها در زمینه الکترونیک را به سطح بی سابقه ای ارتقا داد.
نیمه هادی ها به طور طبیعی به دلیل حامل های شارژ رایگان خاصیت رسانایی خود را دارند. چنین نیمه هادی، ماده ای که به طور طبیعی خواص نیمه هادی را نشان می دهد، به عنوان نیمه هادی ذاتی شناخته می شود. برای توسعه قطعات الکترونیکی پیشرفته، نیمه هادی ها با افزودن مواد یا عناصر، که تعداد حامل های بار را در مواد نیمه هادی افزایش می دهد، با رسانایی بیشتر بهبود یافتند. چنین نیمه هادی به عنوان نیمه هادی بیرونی شناخته می شود.
بیشتر درباره نیمه هادی های ذاتی
رسانایی هر ماده ای به دلیل الکترون هایی است که توسط هم زدن حرارتی به نوار رسانایی آزاد می شوند. در مورد نیمه هادی های ذاتی، تعداد الکترون های آزاد شده نسبتاً کمتر از فلزات است، اما بیشتر از عایق ها است. این اجازه می دهد تا رسانایی بسیار محدودی از جریان از طریق مواد انجام شود. هنگامی که دمای ماده افزایش می یابد، الکترون های بیشتری وارد نوار رسانایی می شوند و از این رو رسانایی نیمه هادی نیز افزایش می یابد.دو نوع حامل بار در یک نیمه هادی وجود دارد، الکترون هایی که در نوار ظرفیت آزاد می شوند و اوربیتال های خالی که بیشتر به نام حفره ها شناخته می شوند. تعداد حفره ها و الکترون ها در یک نیمه رسانای ذاتی برابر است. هم حفره ها و هم الکترون ها به جریان جریان کمک می کنند. هنگامی که اختلاف پتانسیل اعمال می شود، الکترون ها به سمت پتانسیل بالاتر و حفره ها به سمت پتانسیل پایین تر حرکت می کنند.
مواد زیادی وجود دارند که به عنوان نیمه رسانا عمل می کنند و برخی عناصر و برخی ترکیبات هستند. سیلیکون و ژرمانیوم عناصری با خواص نیمه رسانا هستند، در حالی که آرسنید گالیم یک ترکیب است. به طور کلی عناصر گروه IV و ترکیبات عناصر گروه III و V، مانند آرسنید گالیم، فسفید آلومینیوم و نیترید گالیم، خواص نیمه هادی ذاتی دارند.
بیشتر درباره نیمه هادی های بیرونی
با افزودن عناصر مختلف، می توان خواص نیمه هادی را برای رسانش جریان بیشتر اصلاح کرد.فرآیند افزودن به عنوان دوپینگ شناخته می شود در حالی که مواد اضافه شده به عنوان ناخالصی شناخته می شوند. ناخالصی‌ها تعداد حامل‌های بار را در داخل مواد افزایش می‌دهند و باعث هدایت بهتر می‌شوند. بر اساس حامل عرضه شده، ناخالصی ها به عنوان پذیرنده و اهداکننده طبقه بندی می شوند. دهنده ها موادی هستند که دارای الکترون های غیر متصل در شبکه هستند و گیرنده ها موادی هستند که سوراخ هایی در شبکه ایجاد می کنند. برای نیمه هادی های گروه IV، عناصر گروه III بور، آلومینیوم به عنوان گیرنده عمل می کنند، در حالی که عناصر گروه V فسفر و آرسنیک به عنوان اهدا کننده عمل می کنند. برای نیمه هادی های ترکیبی گروه II-V، سلنیوم، تلوریم به عنوان دهنده عمل می کنند، در حالی که بریلیم، روی و کادمیوم به عنوان گیرنده عمل می کنند.
اگر تعدادی اتم پذیرنده به عنوان ناخالصی اضافه شود، تعداد سوراخ ها افزایش می یابد و ماده دارای حامل های بار مثبت اضافی نسبت به قبل است. بنابراین، نیمه هادی که با ناخالصی پذیرنده دوپ شده است، نیمه هادی نوع مثبت یا P نامیده می شود. به همین ترتیب یک نیمه هادی آغشته به ناخالصی دهنده، که ماده را بیش از حد الکترون بر جای می گذارد، نیمه هادی نوع منفی یا N-Type نامیده می شود.
نیمه هادی ها برای ساخت انواع مختلف دیودها، ترانزیستورها و اجزای مرتبط استفاده می شوند. لیزرها، سلول‌های فتوولتائیک (سلول‌های خورشیدی)، و آشکارسازهای عکس نیز از نیمه‌رساناها استفاده می‌کنند.
تفاوت بین نیمه هادی های درونی و بیرونی چیست؟
